Содержание к диссертации
Введение
Глава I. Современное состояние изученности вопроса применения сидератов 7
1.1. Развитие научных основ сидерации 7
1.2. Влияние сидератов на свойства почвы и урожайность сельскохозяйственных культур 11
1.3. Степень изученности влияния сидератов на плодородие почв в Алтайском крае 33
Глава II. Почвенно-климатические условия района исследования, объекты и методы исследований 36
2.1. Почвенная характеристика опытного участка 41
2.2. Агрометеорологические условия в годы исследований 43
2.3. Объекты и методы исследований 49
Глава III. Влияние сидератов на основные показатели почвенного плодородия 51
3.1. Интенсивность минерализации различных видов сидеральных культур 51
3.2. Изменение структурно-агрегатного состояния почвы 58
3.3. Динамика общего органического вещества и гумуса 71
3.4. Влияние сидератов на изменение содержания подвижных элементов питания 84
3.4.1. Динамика аммонийного и нитратного азота в почве 86
3.4.2. Изменение содержания подвижного фосфора 98
3.4.3. Изменение содержания обменного калия 104
Глава IV. Энергетическая оценка выращивания сидератов 109
Выводы 112
Предложения производству 113
Библиографический список 114
- Влияние сидератов на свойства почвы и урожайность сельскохозяйственных культур
- Степень изученности влияния сидератов на плодородие почв в Алтайском крае
- Агрометеорологические условия в годы исследований
- Изменение структурно-агрегатного состояния почвы
Введение к работе
Повышение плодородия почвы - важнейшая задача агрохимической науки. Использование почвенной системы без комплекса мероприятий по поддержанию потенциального и эффективного плодородия вызывает снижение ценных свойств почв (Левин, 1972; Зезюков, 1996). Такие антропогенные нагрузки как механическое воздействие, применение средств химизации и распашка почв приводят к количественным и качественным ее изменениям (Агрохимические свойства..., 1982). Широкое распространение химизации явилось основным фактором устойчивого роста урожаев. Но все чаще стало звучать мнение о возникшей угрозе окружающей среде и здоровью человека при длительном использовании минеральных удобрений (Панников, 1977; Васильев, 1984; Голубев, 1990).
Ослабление негативного воздействия на почву приобретает особое значение только тогда, когда человек с полной ответственностью осознает, что эта почва будет использоваться в будущем. Так возникла теория экологического земледелия, по которой получение высоких урожаев предполагается за счет внедрения правильных севооборотов, применения органических удобрений, в том числе и более широкое использование зеленых удобрений (сидератов) (Благовещенская, Тришина, 1987; Довбан, 1990; Беляк, 1994; Жуков, Попов, 1998; Раков, 2000, Усенко, Каличкин, 2003; Верзилин и др., 2005).
Зеленые удобрения повышают плодородие почвы за счет улучшения минерального питания, обогащают почву органическим веществом, предотвращают вымывание питательных элементов в нижние горизонты и замедляют минерализацию гумуса (Алексеев, 1959; Кант, 1982; Плодородие почвы..., 1991; Максютов, Кремер, 1997).
В условиях юга Западной Сибири культуры, используемые в качестве сидератов, должны соответствовать местным почвенным и климатическим условиям, обладать способностью быстрого роста и в короткий срок создавать большую биомассу. Зелёная масса удобрителя должна быть богатой по наличию питательных элементов, главным образом по содержанию азота и быстро разлагаться в почве. Кроме того, сидерат должен успешно бороться с сорняками и иметь семена с высоким коэффициентом размножения (Понама-рева, 1946; Шубин, 1979).
Необходимы тщательный подбор сидеральных культур, разумное и целесообразное их размещение в севооборотах, правильный подбор участков
под сельскохозяйственные культуры, учет почвенно-экологических условий
і в основных звеньях технологий, приоритет экологической оценки перед экономической. В .настоящее время в мире для целей сидерации используется около 60 различных культур (Котлярова, Черенков, 1998).
Несмотря на значительные успехи, достигнутые в исследованиях по рассматриваемой проблеме, практическое использование такого вида удобрения остается пока на низком уровне.
Цель исследований: оценить возможность использования однолетних сельскохозяйственных культур в качестве сидеральных удобрений и их влияние на изменение основных показателей плодородия черноземов выщелоченных в условиях умеренно засушливой и колочной степи Алтайского Приобья.
Задачи исследований:
определить интенсивность минерализации биомассы культур, используемых в качестве сидеральных удобрений;
оценить влияние сидератов на структурно-агрегатный состав почвы;
изучить влияния сидератов на содержание общего органического вещества и гумуса в почве;
установить особенности накопления подвижных элементов питания в почве при заделке сидератов;
— оценить энергетическую эффективность выращивания сидеральных
культур;
- дать сравнительную оценку однолетним культурам, используемым
в качестве сидератов.
Научная новизна. Впервые в условиях умеренно засушливой и ко-лочной степи Алтайского Приобья изучено сравнительное влияние однолетних сельскохозяйственных культур (овес, горохо-овсяная смесь, гречиха) в качестве сидератов на основные показатели плодородия почвы.
Установлено, что под их воздействием улучшается пищевой режим, структура почвы, повышается содержание общего органического вещества и гумуса.
Положения, выносимые на защиту:
— применение однолетних культур в качестве сидератов способствует
улучшению пищевого режима почвы, накоплению общего органического
вещества и гумуса, улучшению структурно-агрегатного состава
- установлена возможность эффективного использования в качестве
сидеральных культур горохо-овсяной смеси и гречихи.
Практическая значимость. В условиях умеренно засушливой и ко-лочной степи Алтайского края использование сидератов в качестве удобрений позволяет улучшить структурное и гумусное состояние, пищевой режим почв уже в год действия и, тем самым, начать восстановление почвенного плодородия. Результаты исследований могут быть использованы в хозяйствах с внедрением в севообороты сидератов без существенного изменения технологий возделывания основных сельскохозяйственных культур.
Апробация работы. Материалы диссертационной работы были доложены на научно-практической конференции «Молодежь — Барнаулу» (Барнаул, 2005 г.); международной научно-практической конференции молодых ученых «Современные тенденции развития аграрной науки в России» (Новосибирск,' 2006); международной научно-практической конференции «Аграрная наука - сельскому хозяйству» (Барнаул, 2007, 2008, 2009 гг.), на XV Ме-
ждупародной конференции студентов и аспирантов по фундаментальным наукам «Ломоносов-2008» (Москва, 2008); на VI Межрегиональной конференции молодых ученых и специалистов аграрных вузов Сибирского федерального округа «Научное и инновационное обеспечение АПК Сибири» (Барнаул, 2008).
Публикации. По теме диссертации опубликовано 11 научных работ, в том числе 2 работы в журналах, включенных в Перечень ведущих рецензируемых научных журналов и изданий ВАК РФ, получен 1 патент.
Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, 4 глав, выводов, библиографического списка. Содержание работы изложено на 142 страницах компьютерного текста, включает 16 таблиц, 8 рисунков. Библиографический список содержит 295 источников, в том числе 29 зарубежных.
Автор выражает искреннюю благодарность научному руководителю доктору с.-х. наук, профессору Г.Г. Морковкину, научным сотрудникам кафедры агрохимии и почвоведения Алтайского государственного аграрного университета за оказанную помощь в проведении исследований.
Влияние сидератов на свойства почвы и урожайность сельскохозяйственных культур
Исследования по трансформации растительных остатков были проведены М.М. Кононовой (1963), И.В. Тюриным (1965), С.А. Воробьевым и A.M. Лыковым (1973), С.А. Алиевым (1988) и др.
Темп разложения органического вещества при различных условиях определяется его химическим составом (Лыков, 1982, Усеня и др., 1998). Существенное влияние на скорость разложения органического вещества оказывает C:N - соотношение углерода и азота (Алексеев, 1959; Таскина, Кутя-вина, 1985; Багаутдинов, 1993; Беляк и др., 1998, Лазарев, Майсямова, 2006; Elers, Hartmann, 1988; Sarrantonio М., 2004). В ряде исследований было показано, что растительные вещества, обладающие широким соотношением C:N, разлагаются медленнее, чем при узком отношении (Орлов, Гришина, 1981; Берестецкий, 1984 ; Sarrantonio М., 2003).
При широком соотношении C:N (при низком содержании азота) в разлагающейся растительной массе доступный азот в первую очередь потребляется микроорганизмами, и для удобряемого посева создаются условия азотного голодания, что действует угнетающе на урожай.
Исследования, проведенные А.П. Лазаревым и др. (2006), на черноземе обыкновенном Ишимской равнины показали, что минерализация активнее протекала с сентября по май, а летом — ослаблено. Быстрота разрушения остатков была связана с их химическим составом. Растительные остатки яровой пшеницы, ячменя, овса, озимой ржи бедны азотом, обогащены углеродом и имеют широкое соотношение C:N, изменяющееся в пределах 72-81. Почвенные микроорганизмы активно разрушали остатки гороха и донника с величиной C:N 17-20.
Результаты исследований A. Szmigiei (1986) показывают, что соотношение C:N у бобовых соответствует 15:1. Это способствует быстрой гумификации растительной массы. По его мнению, наиболее благоприятное действие на плодородие почвы оказывает овес, у которого соотношение C:N составляет 50:1. Когда требуется ускорить разложение зеленого удобрения, запахивают растения в молодом возрасте, так как в это время они отличаются обилием подвижных и быстро разлагающихся веществ (Алексеев, 1959). Э. Вольни (цит. по Алексееву, 1959), изучая в лабораторной обстановке процессы разложения органического вещества, установил, что растительная масса тем быстрее разлагается, чем моложе растение, легче по механическому составу почва, сильнее аэрация и чем больше азота содержалось в органическом веществе. 12 Экспериментально установлено (Довбан, 1994), что можно ускорять или замедлять процесс разложения органического вещества при изменении соотношения между С и N путем добавления или углеводов (для замедления) или подвижных соединений азота (для ускорения). По данным Ю.М. Возняковской с соавт. (1999) биологическая активность почвы в чистых парах ниже, чем в сидеральных. Причиной этого является отсутствие поступления в почву каких-либо источников органического вещества, служащих энергетическим, пищевым материалом для микрофлоры. В результате в почве чистого пара создаются условия для размножения микроорганизмов, способных покрывать свои потребности за счет минерализации гумусовых веществ, что приводит к потере гумуса и снижению почвенного плодородия. В почве паров, занятых сидеральной культурой, отмечено увеличение численности бактерий, участвующих в трансформации свежего органического вещества и использующих органические и минеральные формы азота.
По данным Н.И. Картамышева и СВ. Шелайкина (2000) зеленая масса пожнивных сидератов с высоким содержанием азота и узким соотношением C:N способствует повышению биологической активности почвы в 1,6-1,8 раза. Это обуславливало более быстрые темпы разложения растительных остатков.
D. Curtin и др. (2000) отмечают, что бобовые сидераты в семиаридных условиях провинции Саскачеван в значительной мере разлагаются с момента заделки в почву в середине июля до осенних заморозков.
Минерализация внесенных остатков зеленого удобрения сильно зависит от температуры, ее скорость увеличивалась при увеличении температуры до 40 С. При более низкой температуре (20 С) минерализация была медленной и продолжалась в течение более длительного периода (Brar, Sid-hu, 1995).
В полевых условиях США изучали также влияние зелёных удобрений на микробиологические свойства почвы. Скорость минерализации использо вавшихся на зелёное удобрения сесбании, кроталярии и вигны была сходной. Интенсивность минерализации была больше при наименьшей полевой влаго-емкости и ослабевала при сильном увлажнении и переувлажнении (Bhardwaj, Datt, 1995).
Скорость разложения увеличивается с повышением температуры (до оптимальных значений). При дальнейшем повышении температуры выделение СОг падает, а затем снова возрастает. Это объясняется тем, что при разложении идут как биологические, так и химические процессы (Тюрин, 1964).
Поддержание физических свойств корнеобитаемого слоя почвы в интервале значений, близких к оптимальным, - необходимое условие получения высокой урожайности сельскохозяйственных культур. Определяющим фактором оптимизации физических свойств почвы является ее структурно-агрегатное состояние. Почвенные агрегаты являются уникальным продуктом почвообразования, в которых протекают практически все микропроцессы, характерные для почвы в целом (Хан, 1969; Благовещенская, Тришина, 1987; Капинос и др., 1990; Боронтов, Никульников 1998). С увеличением интенсификации земледелия и повышения антропогенного воздействия на почву проблемы регулирования структурного состояния и сложения пахотного и всего корнеобитаемого слоя становятся все более актуальными (Бондарев, 1990). «...Структурная почва рыхлая, обладает хорошей водо- и воздухопроницаемостью, высокой влагоемкостью и, будучи достаточно снабжена водой и воздухом, обеспечивает благоприятные условия для развития растений...», - писал Н.А. Качинский (1933). В образовании прочной агрономически ценной структуры почвы большая роль принадлежит растениям. Они непосредственно образуют ее путем, как дробления, так и сцепления мелких почвенных частиц (Левин, 1972). Н.В. Чернецова (2001) в своих исследованиях, проведенных на черноземе обыкновенном, отмечает, что наибольшее содержание водопрочных агрегатов отмечается под ломкоколосником ситниковым (Psathyrostachys juncea) (19,7 %), под кострецом безостым их содержание значительно ниже, что связано с разным типом корневых систем. На варианте парования водопрочные агрегаты практически все разрушаются и представлены, в основном, фракцией 0,25 мм. Таким образом, выращивание правильно подобранных сидеральных культур может уже положительно сказаться на улучшении агрегатного состояния почвы. Исследованиями С.А. Воробьева (1982), З.К. Благовещенской, Т.А. Тришиной (1987), И.Н. Николаевой (1987), В.А. Деревягина, П.Д. Попова (1989), К.И. Довбана (1990), В.Ф. Кормилицына (1994), А.Н. Сухов и др., (1996), Н.Н. Цыбулька и др. (2005), доказано, что сидераты способствуют формированию и увеличению количества агрономически ценных структурных и водопрочных агрегатов, повышают порозность, влагоемкость, снижают уплотненность не только пахотного, но и подпахотного горизонта за счет биодренажа корневой системы. По данным И.В. Кузнецовой (1967) пахотный слой имеет устойчивое сложение, если в нем не менее 45% водопрочных агрегатов ( 0,25 мм). При меньшем содержании почва начинает уплотняться, соответственно ухудшаются ее физические свойства, такие как водо- и воздухопроницаемость. Систематическое внесение органических удобрений стабилизирует содержание макроагрегатов за счет уменьшения факторов, разрушающих их структуру.
Степень изученности влияния сидератов на плодородие почв в Алтайском крае
Первые опыты по изучению зеленого удобрения в условиях Алтайского края были проведены в 30-х гг. XX в. Опыты проводились на Алтайской, Барнаульской и Славгородской опытных станциях. Изучалось только прямое действие сидератов на урожай пшеницы, при этом агротехника не разрабатывалась. Учет урожая пшеницы под сидеральным паром на Алтайской и Барнаульской станциях показал, что применение горчицы в качестве сидератов не дает прибавки урожая, бобовые сидераты показали обратный результат: прибавка урожая по чечевице составила 3,3 ц/га, сое — 0,7-4,4 ц/га, донник — 2,4 ц/га (Шубин, 1979).
На Славгородской станции испытывался донниковый сидеральный пар; контролем служил чистый пар, удобренный навозом (20 т/га). Агротехника упрощенная, снегозадержания не проводилось. Запашка донника была проведена с запозданием (после цветения), поэтому надлежащего ухода за полем не было. В итоге по чистому унавоженному пару было получено 16,6 ц/га пшеницы, по сидеральному - 12,7 ц/га. По мнению ученых, проводивших опыты, снижение урожая пшеницы по доннику для местных климатических условий является закономерным, так как здесь урожаи пшеницы по травам без снегозадержания всегда ниже, чем по чистому пару; донник как сидерат в Кулундинской степи может быть эффективен только при накоплении большого количества снега (Шубин, 1979) В 1938-1939 гг. на полях Бийской опытной станции изучалось действие сидерации под сахарную свеклу. Контролем служил пар черный неудобренный. Результаты опыта показали, что сахарная свекла положительно отзывается на зеленое удобрение. Увеличение урожая на варианте применения навоза в качестве удобрения составила 27 ц/га, на варианте по сидерату (люпин) - 30 ц/га. Кроме того, на варианте применения сидерата было отмечено увеличение в почве нитратов.
В конце 40-х гг. в совхозе «Кубанка» (Приалейская зона, Калманский район) на черноземных почвах в качестве сидерата использовали донник. Прибавка урожая пшеницы по сравнению с контролем (пар чистый) составила 6,6 ц/га, по сравнению с паром чистым, удобренным навозом, - 5,1 ц/га (Шубин, 1993). В годы действия и последействия зеленого удобрения обеспеченность растений влагой в 50-сантиметровом слое почвы была лучше, чем на чистых неудобренных, и не хуже, чем на парах, удобренных навозом.
Внесенное зеленое удобрение повлияло и на структуру почвы. Содержание водопрочных агрегатов по неудобренному пару - 47,9 %, по удобренному навозом — 52,3 %, по сидеральному - 55,5 % (Шубин, 1993). Темп проводимых исследований несколько снизился в 60-е гг., когда пропагандировалась пропашная система земледелия и отрицались травосеяние и парование почвы.
В связи с расширенным производством минеральных удобрений в 70-80-е гг. в СССР использование зеленых удобрений отошло на второй план. Однако, в конце 80-х - начале 90-х годов ХХвека Е.Я. Ожгибицевой проводились, установившие высокую эффективность сидеральных паров по действию на основные агрохимические и агрофизические параметры, определяющие уровень плодородия почвы (Ожгибицева, 1983). Так как технологии применения удобрений были затратными, акцент делался лишь на увеличении производства растениеводческой продукции любой ценой и на затратность применения минеральных удобрений внимания не обращалось.
Исследованиями алтайских ученых (Старостенко, Шотт, 2004) установлено, что в связи с постоянным снижением плодородия применение зеленых удобрений имеет большие перспективы. Однако большинство работ посвящено изучению культур, традиционно используемых в качестве сидератов (донник, люпин). Нами были изучены однолетние культуры в качестве сидератов, исследований по которым, в частности для условий Алтайского края в данном аспекте недостаточно.
Агрометеорологические условия в годы исследований
Годы исследований характеризовались следующими погодными условиями. Начало вегетационных периодов всех лет исследований было достаточно увлажненным, за исключением 2006 г (табл. 2). Вторая половина периодов вегетации по годам была в целом благоприятной по количеству выпавших осадков. Исключение составил 2007 г. (рис. 1). Суммы активных температур ( 10С) за период 2006-2008 г. были выше среднемноголетних. Гидротермический коэффициент по классификации Г.Т. Селянинова за весь вегетационный период колебался в пределах 0,86 - 0,99 (табл. 3). В целом вегетационные периоды можно охарактеризовать как теплые и слабо увлажненные (рис.2).
Весна в 2005 г. пришла на 7 дней позже обычного очень интенсивным теплом. Разрушение устойчивого снежного покрова происходило неодновременно. Закончилась весна с устойчивым переходом среднесуточной температуры через +15С 6 июня. В апреле - мае отмечен недобор осадков, их выпало не более 60-70% от климатической нормы. Засушливые условия способствовали потере продуктивной влаги.
Лето характеризовалось жаркой погодой. Средняя температура воздуха за июль-август составила 18-21 С, что на 1-2С выше нормы. Несколько дней наблюдалось непрерывное бездождье, суховеи. Количество осадков в июне и августе превысило норму на 25-45 %. Основная часть осадков июня (57 мм из 77 мм) пришлась на вторую декаду. Лишь в июле осадков выпало в норме. ГТК за вегетационный период составил 1,02.
Осенний период 2005 г. продолжался 68 дней. Активный вегетационный период прекратился 14 сентября. Календарная осень характеризовалась преобладанием повышенного температурного режима в I декаде сентября и большинстве дней октября, недобором осадков (20-80 %); ранним наступлением первых осенних заморозков. Средняя температура сентября - октября была выше на 1-2С. В зиму почва ушла с большим дефицитом -запас продуктивной влаги составил 50 мм.
Зимний период по температурному режиму был на 3-5 градусов холоднее климатической нормы. Самые низкие температуры (-42-44С) зафиксированы в январе, максимальные (0С) - в III декаде декабря и II декаде февраля. За декабрь 2005 г. - февраль 2006 г. выпало 77 мм осадков при норме 110 мм.
Весна 2006 г. пришла с опозданием на 1,5 недели - 13 апреля и была холодная и затяжная. Переход среднесуточной температуры через +10С (начало активной вегетации) произошел 12 мая, что несколько позже обычного. Во II и III декадах мая были отмечены высокие температуры, среднесуточная температура превышала норму на 4-7С. Агрометеорологические условия близки к оптимальным для сева ранних яровых зерновых. Во II декаде мая почва на глубине заделки семян прогрелась до 8С. Отмечен недобор осадков в мае (30 % от нормы).
Температурный режим летнего периода был близок к среднемного-летним значениям. Июнь и август характеризовались дефицитом осадков — 28,1 мм (50 % от нормы) и 36,1 мм (60 % от нормы). В июле осадков выпало 133,1 мм, что в 1,9 раза выше среднемноголетней величины. Начало вегетационного периода характеризовалось дефицитом осадков, что несколько отрицательно сказалось на прорастании семян. Гидротермический коэффициент за вегетационный период (май - август) составил 0,99.
Первый осенний месяц был сухим и теплым. Абсолютный максимум температуры воздуха (+31 С) был отмечен 9 сентября. Октябрь также отличался повышенным температурным режимом, но был более дождливым: осадков выпало 57 мм (115 % от нормы), причем наибольшее количество (39 мм) пришлось на первую декаду месяца.
Зима 2006-2007 была теплее на 2-3С. При этом положительная температура была отмечена уже в последней декаде января. В декабре и январе отмечен дефицит осадков, в феврале их выпало на 45 % больше нормы.
Весна 2007 г. пришла на 5 дней раньше среднемноголетних наблюдений. Интенсивное нарастание тепла, начиная с конца первой пятидневки апреля, обеспечило устойчивый переход среднесуточной температуры воздуха через 5С, с 22 апреля через 10С и способствовала быстрому накоплению тепла. Однако последний весенний месяц характеризовался неустойчивым температурным режимом. В последнюю декаду апреля и в первые две декады мая наблюдалась аномально теплая погода (на 5-7С выше многолетних зна чений). Третья декада мая выдалась прохладной. Март и апрель характеризовались дефицитом осадков (20-45 % от нормы).
За вегетационный период (май - август) выпало 181 мм осадков, что составляет 82 % от нормы. Основная часть осадков выпала в мае (60 мм) и июне (66 мм). В эти два месяца норма была превышена в 1,5 раза в мае и в 1,2 раза в июне. В июле и августе наблюдался дефицит осадков.
Таким образом, температура воздуха за вегетационный период превышала среднюю многолетнюю на 1-2С, а распределение осадков было неравномерным. Осень отличалась недостатком влаги. За сентябрь, октябрь и ноябрь выпало 40, 65 и 90 % осадков от нормы соответственно. Температура воздуха сентября и октября,, за исключением III декады октября, превышала среднемноголетние данные на 1,0-1,5С. Зима 2007-2008 гг. характеризовалась по температуре неустойчивой погодой. Агрометеорологические условия декабря сложились в пределах удовлетворительных. Аномалии холода (t=-36-42C) удерживались 2 дня. В январе преобладали аномально холодная погода и частые и слабые осадки. В феврале отмечался неустойчивый температурный режим; в 1 и 2 декадах - аномалии тепла и холода в отдельные дни.
Весна 2008 года пришла на 3-5 дней раньше средних многолетних значений. Март характеризовался значительными аномалиями тепла, в отдельные дни I-II декад большими суточными амплитудами температур. За последние 80 лет такая аномалия тепла в марте отмечалась впервые. Переход среднесуточной температуры через +10С (начало активной вегетации) произошел 18 мая, что позже обычного. В целом весенние месяцы характеризовались неоднородным температурным режимом: апрель — сменой аномально теплой и аномально холодной погоды, май - возвратом холода в начале месяца и в середине III декады. Средняя температура воздуха апреля - мая была на 1-2С выше климатической нормы. Количество выпав ших осадков в марте и апреле превысило норму на 20 и 74 % соответственно. В мае отмечен недобор осадков.
Средняя температура летнего периода была на 1 -2 С выше нормы. В июне отмечались частые смены аномальных тепла и холода. Июль характеризовался неоднородным температурным режимом с преобладанием повышенного. Абсолютный температурный максимум в этот месяц составил +36С. Осадков в июне выпало на 30 % больше, чем по норме, а в августе был отмечен их дефицит. Сумма осадков за вегетационный период 2008 года составила 193,3 мм.
Изменение структурно-агрегатного состояния почвы
Чрезмерная распашка земель сопровождается разрушением структуры почвы, образованием пыли и глыб, нарушением водного режима и снижением устойчивости почвы к эрозии (Верзилин и др., 2005). Хотя чернозем обладает высокой устойчивостью против деформации, однако, опасность распыления реальна и может возрастать в будущем (Бондарев, 1990; Медведев, 1986; Рамазанов, 1995).
Вопросами структурно-агрегатного состояния почв занимались ученые Н.А. Качинский (1933), В.Р. Вильяме (1940), П.В. Вершинин (1958), Д.В. Хан (1969) И.Б. Ревут (1972) и др. Различают микро- и макроструктурные агрегаты, граница между которыми условна. С точки зрения влияния на плодородие, большое значение имеет макроструктура, выраженная в форме мелких комочков, обладающих достаточной прочностью к разрушающему действию дождей и обработок (Тюрин, 1965).
По мнению В.А. Францессона агрегаты диаметром более 2 мм являются эффективным защитным противоэрозионным слоем. Менее эффективна роль агрегатов, размеры которых 1 -2 мм, и совсем незначительна у агрегатов менее 0,5 мм, так как последние для условий черноземных почв сравнительно легко переносятся ветром (Качинский, 1963).
Агрономически ценной считается структура почвы, в которой механически прочные, водоустойчивые и пористые агрегаты представлены зернистыми и мелкокомковатыми отдельностями (Бондарев, 1994). Одним из главных факторов образования почвенной структуры является органическое вещество (Тюрин, 1965; Кузнецова, 1967).
Исследования, проведенные другими учеными (Кононова, 1963; Николаева, 1987), показали связь содержания водопрочных агрегатов не только общим содержанием гумуса, но и отдельными его компонентами. Подтверждают эту связь и многочисленные работы по изучению влияния органических удобрений на структуру почвы.
Ф.И. Левин (1972), М.М. Шубин (1993), Н.В. Корягина (2003) А. Ortner (1990),отмечают положительное влияние сидератов на структурно-агрегатный состав. Ведь большая роль в образовании прочной агрономически ценной структуры принадлежит растениям, которые непосредственно образуют ее путем сцепления мелких почвенных частиц.
И.С. Кауричев и Л.Н. Александрова (1982) указывают, что при высоком урожае многолетние бобово-злаковые травосмеси и бобовые культуры достаточно сильно оструктуривают почву. Это объясняется тем, что многолетние травы образуют мощную сильноразветвленную корневую систему. Корни пронизывают почву, разделяя почвенную массу в одних местах и сжимая в других, локально иссушая почву и внедряя в нее органическое вещество. Распространяясь в почве в разных направлениях, они придают агрегатам форму комка или зерна, а проникая в микроагрегаты связывают их, способствуя как механической прочности агрегатов, так и их водоустойчивости.
Для почв суглинистого и глинистого механического состава оптимальное состояние структуры складывается при содержании агрегатов крупнее 0,25 мм 70-80 % с преобладанием фракции 0,25-10 мм (сухое просеивание) и 40-60 % агрономически ценных водопрочных агрегатов крупнее 0,25 мм. Для черноземов оптимальное структурное состояние складывается при содержании 60-80 % агрономически ценных агрегатов размером от 0,25 до 10 мм и 40-75 % водопрочных агрегатов 0,25 мм (Бондарев, 1986). Оптимальный размер почвенных агрегатов в разных частях пахотного слоя должен быть различным: в верхней части необходимо преобладание крупных, а в зоне контакта с семенами - более мелких структурных отдельностей (Медведев, 1986). Результаты наших исследований показали, что внесение зеленых удобрений оказывает благоприятное действие на структурно-агрегатный состав почвы. Исходное содержание агрономически ценных агрегатов (10-0,25 мм) в почве составляет 57-61%, среди них преобладают фракции 2-1 мм (10-13 %).
Макроструктурные отдельности (агрегаты размером 10-0,25 мм) пахотного слоя почвы более подвержены влиянию биоклиматических и антропогенных факторов и изменяются более заметно по сравнению с микроструктурными. Последние компоненты структуры (агрегаты размером 0,25 мм) относительно более устойчивы. Поэтому обогащение почвы ор ганическим веществом в первую очередь вызывает улучшение макро-структурного состояния почвы, увеличивая количество агрономически ценных агрегатов (от 10 до 0,25 мм) (Лактионова, 1990).
Оценку оструктуривания почвы под воздействием сидератов проводили по изменению коэффициента структурности (К), который рассчитывается отношением суммы агрегатов 10-0,25 мм к сумме фракций 10 мм и 0,25 мм (Вадюнина, Корчагина, 1979).
В наших исследованиях уже весной года действия сидератов было отмечено увеличение агрегатов размером 10 мм (на 4-21%) и снижение числа микроагрегатов ( 0,25 мм) на 23-38% по сравнению с исходными данными в зависимости от варианта исследования. Коэффициент структурности в этот период увеличился на варианте заделки овса и горохо-овсяной смеси.
Данные сухого анализа (сухое просеивание), проведенного в октябре 2006 г. (через год после запашки) свидетельствуют о среднем содержании агрономически ценных агрегатов размером от 10 до 0,25 мм, количество которых колеблется в пределах 59-65 % (рис. 4). Малоценные в агрономическом отношении структурные отдельности представлены фракциями 10 мм (24-26 %) и 0,25 мм (11-16 %). Содержание агрегатов размером 10-0,25 мм на всех вариантах использования сидератов к осени 2006 г. превышает их содержание на варианте возделывания пшеницы бессменной, и это превышение составляет в среднем 3% по овсу, 7% по горохо-овсяной смеси и 5% по гречихе (табл. 5).
В течение всего года действия на всех вариантах заделки сидератов происходило увеличение коэффициента структурности. Произошедшее увеличение свидетельствует о том, что содержание агрономически ценных структур диаметром 10-0,25 мм повышается, а микро- и глыбистых агрегатов ( 0,25 мм и 10 мм) уменьшается.
