Содержание к диссертации
Введение
1. Роль обработки почвы в регулировании ее плодородия
1.1. Влияние систем основной обработки на агрофизические, биологические свойства и питательный режим почвы
1.2. Роль обработки почвы в формировании урожайности сельскохозяйственных культур
2. Почвенно – климатические условия проведения опытов и методы исследования
2.1.Климатические условия Среднего Поволжья и опытного поля Ульяновской ГСХА им. П. А. Столыпина .
2.2. Почвенный покров
2.3. Схема полевого опыта и технологии возделывания гороха и овса в звене севооборота
2.4. Методы наблюдений, учетов и анализов .
3. Влияние систем основной обработки на агрофизические, агрохимические и биологические свойства почвы
3.1. Агрофизические показатели
3.2. Накопление доступной влаги в почве
3.3. Биологическая активность и питательный режим
4. Гумусное состояние почвы в зависимости от систем ее обработки .
4.1. Общее содержание гумуса
4.2. Групповой и фракционный состав гумуса
5. Урожайность культур и продуктивность звена севооборота горох – овес в зависимости от систем обработки почвы
5.1. Урожайность и качество зерна гороха
5.2. Урожайность и качество зерна овса
5.3. Продуктивность звена севооборота
6. Экономическая и биоэнергетическая эффективность технологий возделывания культур в звене севооборота горох – овес в зависимости от систем основной обработки почвы
6.1. Экономическая оценка
6.2. Биоэнергетическая эффективность
Выводы
Предложение производству .
Список литературы
Приложения .
- Роль обработки почвы в формировании урожайности сельскохозяйственных культур
- Схема полевого опыта и технологии возделывания гороха и овса в звене севооборота
- Накопление доступной влаги в почве
- Групповой и фракционный состав гумуса
Введение к работе
Решение вопросов, связанных с обработкой почвы, всегда занимало ключевое место в земледелии. Наиболее рациональное механическое воздействие на почву в правильном сочетании с другими агротехническими мероприятиями создает тот оптимум среды для развития полевых культур, при котором достигается их наибольшая продуктивность. К тому же способ обработки почвы оказывает значительное влияние на сохранность и повышение ее плодородия.
Однако за столетний период, от начала XX до начала XXI века в России и во всем мире произошла значительная деградация почв. Она выразилась в снижении содержания гумуса на 40 – 50 %, в интенсивном ухудшении их свойств и накоплении в почвах, водоемах и продуктах растениеводства токсичных веществ, что привело к дестабилизации сельскохозяйственных ландшафтов и, в конечном итоге, ухудшило экологическое состояние окружающей среды. Причина этого кроется в несовершенстве существующих систем земледелия, в том числе и обработки почвы (Балабанов С.С., Беседин Н.В. и др., 2013).
Вопросы, связанные с выбором рациональных приемов обработки почвы на черноземах Среднего Поволжья, изучались многими исследователями, однако они по-прежнему остаются актуальными и имеют большое прикладное значение (Куликова А.Х., Карпов А.В. и др., 2007). При этом важнейшим требованием к обработке почвы является воспроизводство и сохранение ее плодородия.
Вышеизложенное послужило основанием выбора темы и направления исследования по изучению влияния систем основной обработки почвы и их воздействия на основные параметры плодородия чернозема выщелоченного, урожайность культур и продуктивность звена севооборота горох – овес. Последние являются одними из основных культур в Среднем Поволжье, имеющими важное продовольственное и фуражное значение.
Исследование является составной частью плана научной работы ФГБОУ ВПО «Ульяновская ГСХА им. П.А. Столыпина» (рег. №01.200.203529).
Цель работы и задачи исследования. Целью исследования являлось изучение эффективности систем основной обработки почвы в звене севооборота горох – овес в формировании урожайности культур и воспроизводстве плодородия чернозема выщелоченного (путем использования сидерата, многолетних трав, заделкой в почву стерни культур, правильным выбором системы обработки почвы для воспроизводства гумуса и оптимизации питательного режима). При этом предусматривалось решение следующих задач:
- изучить влияние систем основной обработки почвы на параметры плодородия чернозема выщелоченного (агрофизические и агрохимические свойства, биологическую активность, водный и питательный режимы, содержание гумуса и его фракционный состав);
- изучить формирование урожайности культур и определить продуктивность звена севооборота горох – овес в зависимости от систем основной обработки почвы;
- провести экономическую и энергетическую оценку систем основной обработки почвы в звене севооборота горох – овес.
Научная новизна. Для региональных условий Среднего Поволжья усовершенствована система основной обработки чернозема выщелоченного в звене севооборота горох – овес. Установлено благоприятное влияние комбинированной в севообороте обработки почвы на агрофизическое и агрохимическое состояние; водный, биологический и питательный режимы почвы; содержание гумуса и его фракционный состав; урожайность и продуктивность звена севооборота. Дана экономическая и биоэнергетическая оценка системам основной обработки почвы в звене севооборота.
Практическая значимость. Результаты исследования позволят в производственных условиях Среднего Поволжья сделать оптимальный выбор системы основной обработки почвы под горох и овес, обеспечивающей воспроизводство плодородия чернозема выщелоченного и достаточно высокую продуктивность культур. Результаты исследования используются в учебном процессе УГСХА им. П.А. Столыпина и внедрены на площади 8563 га (Карсунский, Вешкаймский и Старомайнский районы Ульяновской области).
Защищаемые положения:
- комбинированная в севообороте обработка почвы в период посева гороха и овса обеспечивает оптимальную плотность сложения (1,17 – 1,23 г/см3), более высокие запасы продуктивной влаги (165 – 175 мм), повышает микробиологическую активность почвы, способствует оптимизации питательного режима и накоплению элементов питания в пахотном слое;
- при сочетании разных систем обработки почвы в севообороте создаются более благоприятные условия для гумификации поступающего в почву органического вещества, что позволяет поддерживать содержание гумуса в черноземе выщелоченном на исходном уровне с благоприятным соотношением гуминовых и фульвокислот;
-при возделывании гороха и овса наиболее экономически и энергетически эффективной является комбинированная в севообороте обработка почвы, повышающая урожайность и уровень рентабельности производства зерна.
Личный вклад соискателя. Соискателем лично разработана программа исследования, проведены полевые и лабораторные эксперименты, сделаны анализ и обобщение полученного материала, выводы и рекомендации производству, а также подготовлены научные статьи к печати.
Апробация работы и публикации. Результаты исследований по теме диссертации докладывались и обсуждались на Международных научно – практических конференциях: «Современные системы земледелия: опыт, проблемы, перспективы» (Ульяновск, 2011), «Актуальные вопросы агрономии, агрохимии и агроэкологии» (Ульяновск, 2012), «Науки нового века – знания молодых» (Киров, 2012); Международном совещании участников Географической сети опытов с удобрениями «Состояние и перспектива агрономических исследований в Географической сети с удобрениями» (Москва, 2012), а также ежегодных научных конференциях профессорско-преподавательского состава Ульяновской ГСХА им. П.А. Столыпина (2011 – 2013 гг.)
По результатам исследования опубликовано 9 работ, в том числе 2 статьи в ведущих рецензируемых журналах, рекомендованных ВАК Минобрнауки РФ.
Структура и объем диссертации. Диссертация изложена на 117 страницах компьютерного текста, состоит из введения, 6 глав, выводов и предложения производству, включает 23 таблицы, 11 рисунков, 31 таблицу в приложении. Список цитированной литературы содержит 293 источника отечественных и зарубежных авторов.
Роль обработки почвы в формировании урожайности сельскохозяйственных культур
Ряд ученых в своих исследованиях пытались установить соотношение влияния того или иного элемента технологии возделывания на урожайность сельскохозяйственных культур. По мнению известного ученого С.И. Вольфковича, уровень урожайности при нормальном обеспечении растений влагой определяют три фактора: 50 % удобрения, 25 % – семена и 25 % – обработка почвы (цит. по Безрукому Л.П., 1991). Л.В. Ильина и Е.И. Иваницкая (1991) считают, что доля обработки почвы колеблется в более широких пределах - от 6 до 50 %, а В.П. Маржосов и др. (1994) отмечают, что в годы с отклонением от среднемноголетних погодных условий доля обработки почвы возрастает. Вопросы остаются спорными и требуют дальнейших исследований.
По мнению Н.И. Абакумова и Ю.А. Бобковой (2012), величина урожая сельскохозяйственных культур обусловлена рядом факторов, которые условно можно разделить на две группы: метеорологические и технологические, а всю сложность и многогранность жизненного цикла растений на протяжении вегетационного периода может отразить только совокупность факторов. Поэтому для видения реального значения составляющих урожая нужно учитывать даже наименее значимые показатели структуры урожая. По данным И.Г. Пыхтина, А.С. Зубкова (2010), А.С. Зубкова (2011), С.И. Смурова, О.В. Григорова и др. (2011), В.Н. Чурзина, Н.Н. Дудниковой (2013), на формирование урожайности различных сельскохозяйственных культур в большей степени влияют метеорологические условия, а не системы основной обработки почвы.
По мнению других авторов, одним из важнейших факторов повышения урожайности и эффективности ведения сельскохозяйственной отрасли является обработка почвы (Гильгенберг И.В., 2005; Беленков А.И., Шачнев В.П., 2007; Уваров Г.И., Соловическо В.Д. и др., 2007; Шабаев А.И., 2009, Сабитов М.М., 2009; Кильдюшкин В.М., Сидоркин А.Ф., 2010). Однако В.Ф. Баранов и В.М. Лукомц (2005) отмечали, что специфика обработки почвы во многом зависит от зональных почвенно-климатических условий.
В литературе имеются противоречивые мнения по влиянию глубины и системы обработки почвы на урожайность сельскохозяйственных культур. Многолетние исследования (8 лет) Г.Р. Дорожко и А.И. Тивикова (2013) в трех звеньях зернопропашного севооборота на черноземе выщелоченном показали наиболее высокую продуктивность при выращивании полевых культур по отвальной обработке. Безотвальная обработка способствовала незначительному снижению урожайности. Мелкая обработка по обеспечению продуктивности пашни уступает как отвальной, так и безотвальной обработкам.
По данным Н.И. Абакумова, Ю.А. Бобковой (2012), Н.Н. Зезина, В.А. Колотова (2012), традиционный способ обработки темно-серой лесной почвы (вспашка на глубину 20–22 см) по сравнению с другими системами является оптимальным для озимых культур. Результаты Н.П. Бакаевой, О.Л. Салтыковой (2007), полученные в различных почвенно-климатических зонах Самарской области, подтверждают повышение качества зерна озимых культур на вариантах с проведением вспашки. Преимущество вспашки перед другими системами обработки почв при возделывании яровых зерновых культур показывают исследования Л.М. Бурлаковой, А.А. Куфаева и др. (2004), А.А. Громова, И.Я. Давлятова (2006), А.Е. Сорокина (2009), В.П. Олешко, А.А. Гаркуша и др. (2011), Ф.Я. Багаутдинова, Г. Ш. Казыхановой и др. (2011), Л.В. Юшкевич, А.Г. Щитова и др. (2012), Н.И. Богачука, Г.С. Марьина и др. (2013), Л.В. Юшкевича, А.Г. Щитова и др. (2013), Г.Г. Морковкина, С.В. Жандаровой и др. (2013); кукурузы – Н.Ю. Петрова, Е.А. Карпачевой (2010), С.Д. Лицукова, А.И. Титовской и др. (2012), М.М. Ахтырцева, И.Н. Вакуленко (2012), В.Н. Багринцевой (2013); зерновых бобовых культур – И.А. Вандышева (1996) , Х.Х. Бозиева (2011), М.И. Подсевалова, Н.А. Хартдиновой (2012); кормовых культур – H.K. Мазитова, M.M. Нафикова и др. (2008), С.А. Курбанова, Н.М. Ниматулаева (2011), Г.Ш. Хисамовой (2012), М.Г. Собко (2013); пропашных культур – В.Г. Шурупова, B.C. Полоус (2009), Т.В. Бедловской (2010), Т.А. Трофимовой (2010), И.П. Юхина, И.К. Хабирова и др. (2010), Г.С. Егоровой, А.В. Тивелева (2013), Л.Ю. Рыжих (2013). Таким образом, большинство исследователей отмечают положительное влияние глубокой вспашки на урожайность культур, что обусловлено вовлечением в пахотный слой наиболее ценной оструктуренной подпахотной крупки, ликвидацией плужной подошвы, созданием лучшей водопроницаемости и рядом других факторов.
Снижение интенсивности механического воздействия на почву, уменьшение глубины основной обработки сопровождается ухудшением ее питательного режима и фитосанитарной обстановки, что, в итоге, приводит к недобору зерна и необходимости применения удобрений и пестицидов (Жученко А.А., 2004; Холмов В.Г., Юшкевич Л.В., 2006; Азизов З.М., 2007). А.А. Гаркуша, С.В. Усенко (2010), Ф.Я. Багаутдинов, И.Ф. Хайруллина (2011), А.В. Кислов, И.В. Васильев и др. (2013) отмечают, что снижение урожайности сельскохозяйственных культур происходит от вспашки, безотвальных рыхлений к нулевой обработке, т.е. при минимализации обработки почвы.
По результатам исследований Н.И. Картамышева, В.Ю. Тимонова и др. (2011) повышение урожайности большинства сельскохозяйственных культур происходит с увеличением глубины обработки до 20–22 см, а при дальнейшем увеличении глубины рыхления до 28–30 см – ее уменьшение.
Многие исследователи (Рябов Е.И., Белозеров А.М. и др., 1992; Цветков М.Л., Бердышев А.В., 2013) доказывают, что минимализация обработки почвы обеспечивает экономию времени, повышение производительности труда и сокращение сроков полевых работ как одного из факторов повышения урожайности сельскохозяйственных культур. Направление на минимализацию числа обработок и снижение ее глубины вполне оправдано, так как нацелено не только на уменьшение энергетических затрат, но и на нормализацию процессов минерализации органических веществ и накопление гумуса в почве, предотвращение эрозии (Баранов В.Ф., Лукомц В.М., 2005). Л.В. Юшкевич, А.Г. Щитов и др. (2012) показывают, что при минимализации обработки почвы качество урожая некоторых сельскохозяйственных культур не снижается.
Несмотря на то, что замена вспашки плоскорезной обработкой приводит к некоторому повышению засоренности посевов как однолетними, так и многолетними сорняками, что связано с различным размещением семян сорняков по глубине пахотного слоя, ряд исследователей отмечают преимущество плоскорезной обработки почвы в получении более высоких урожаев по сравнению с отвальной вспашкой. Результаты их исследований показывают повышение урожайности озимого рапса (Магомедов. Н.Р., Мажидов Ш.М. и др., 2012), повторных посевов яровой пшеницы (Дробышев А.П., 2012), подсолнечника (Медведев Г.А., Екатериничева Н.Г. и др., 2010), озимой пшеницы (Маркосян А.О., 2012), гречихи (Кислов А.В., Васильев И.В., и др., 2013) за счет более экономного расходования влаги.
Схема полевого опыта и технологии возделывания гороха и овса в звене севооборота
Изучение систем основной обработки почвы проводилось в 6-ти польном полевом сидеральном зернотравяном севообороте: пар сидеральный – озимая пшеница – многолетние травы (выводное поле) – яровая пшеница – горох – овес. Схемой опыта предусматривается четыре варианта систем основной обработки почвы, приемы обработки при этом следующие (таблица 1): 1 – отвальная: послеуборочное лущение стерни БДМ -3х4 на глубину 8–10 см и вспашка плугом ПЛН-4-35 под сидерат и горох на 25–27 см, яровую пшеницу и овес на 20–22 см, под озимую пшеницу дисковым орудием БДМ-3х4 на глубину 12–15 см. Вариант принят за контроль; 2 – мелкая: обработка дискатором БДМ-34 на глубину 12–15 см под все культуры севооборота; 3 – комбинированная в севообороте: послеуборочное поверхностное рыхление КПШ-5+БИГ-3А на 8–10 см и безотвальная обработка плугом со стойкой СибИМЭ под сидерат на глубину 25–27 см, послеуборочное дискование БДМ-3х4 на 8–10 см и вспашка плугом ПЛН-4-35 под горох на 25–27 см; обработка БДМ-3х4 под яровую и озимую пшеницу, овес на 12–15 см; 4 – поверхностная: послеуборочная двукратная обработка почвы комбинированным агрегатом КПШ-5+БИГ-3А с интервалом в 10–15 дней, первая на глубину 8–10 см, вторая на глубину 10–12 см, под озимую пшеницу – мелкая на 12–15 см орудием БДМ-3х4.
Таким образом, под горох и овес в качестве основной в первом варианте проводилась отвальная обработка почвы на глубину 25–27 см, во втором – дисковым орудием БДМ- 3х4, в третьем – под горох вспашка на глубину 25 – 27 см, под овес обработка орудием БДМ 3х4 на глубину 12 – 15 см, в четвертом – двухкратная обработка на глубину 8–10 и 10–12 см агрегатом КПШ-5+ БИГ-3А. Предпосевная и послепосевная обработка почвы по всем вариантам опыта состояла из ранневесеннего боронования тяжелыми зубовыми боронами, предпосевной культивации на глубину заделки семян и послепосевного прикатывания.
Основная обработка почвы в опыте ежегодно проводилась в оптимальные сроки в период с 25 августа по 15 сентября. В весенний период при наступлении физической спелости почвы осуществляли закрытие влаги тяжелыми зубовыми боронами БЗТС-1. Посев гороха и овса проводили в оптимальные сроки (конец апреля) сеялкой СЗП-3,6 обычным рядовым способом, вслед за культивацией на глубину заделки семян 6–8 см. Посевы прикатывались кольчато-шпоровыми катками 3ККШ-6А. Уборку урожая зерновых культур осуществляли при достижении полной спелости прямым комбайнированием. Технология возделывания культур предусматривала внесение минимального уровня минеральных удобрений (нитрофоска, 30–40 кг/га д. в.). В опытах применялись химические средства защиты растений: опрыскивание посевов гороха в фазу всходов – двух настоящих листьев гербицидом Пивот (в.к.) с нормой расхода 0,5 – 0,8 л/га; овса – в фазу кущения Дикопур ф (в.р.) – 1,5 л/га.
Перед посевом семена протравливали Фундозолом (с.п.) с нормой расхода 2л / т семян. Нормы высева:
Овес сорт Друг – 4,5 млн. всхожих семян на га; Схема опыта обоснована стратегическим направлением освоения адаптивно-ландшафтных систем земледелия в Среднем Поволжье для повышения продуктивности сельскохозяйственного производства и его устойчивого функционирования с целью обеспечить максимальную эффективность с учетом экологических и ресурсоэнергетических факторов.
В современных условиях повышение эффективности зернового производства в Ульяновской области невозможно без адаптивной интенсификации, которая предусматривает внедрение и освоение применения влаго-ресурсосберегающих технологий возделывания сельскохозяйственных культур, экологизацию воспроизводства почвенного плодородия, научно - обоснованного уровня применения агрохимических средств, позволяющего освоить экологически сбалансированные системы земледелия и ряд других мер, направленных на эффективное использование природных ресурсов.
В области наиболее распространенным вариантом основной обработки почвы является классическая вспашка под все культуры агрегатом ПЛН-4-35, в связи с чем данный вариант был принят за контрольный.
В хозяйствах Ульяновской области в последние годы широко стали применяться ресурсосберегающие системы обработки почвы, в частности, мелкая проводится на 13,7 тыс. га, что составляет 17,5 % от общей обрабатываемой площади. Последнее определило введение в схему опыта второго варианта с обработкой БДМ-3х4. Многолетние исследования, проводимые в условиях Ульяновской области с применением поверхностной обработки почвы агрегатом КПШ-5 + БИГ -3А при возделывании яровых и особенно озимых зерновых культур, показали, что данный способ по формированию урожайности ненамного уступает вспашке, а агрофизические свойства, в частности, содержание водопрочных агрегатов, характеризующих эрозионную устойчивость почвы, возрастает (Захаров А.И., 1995; Немцев С.Н., 2010). Однако сравнительное изучение эффективности мелких и поверхностных обработок почвы практически не проводилось. Мало изучены в условиях области сочетания мелкой, поверхностной и отвальной обработок в севообороте. Вышеизложенное обусловило принятую схему полевого опыта.
Накопление доступной влаги в почве
В условиях Среднего Поволжья лимитирующим фактором при формировании урожайности культур является накопление и сохранение влаги в почве. При этом правильное применение основной обработки почвы с учетом конкретной климатической зоны и метеорологических особенностей года будет способствовать рациональному ее использованию.
Ресурсы продуктивной влаги – самый динамичный и мобильный фактор почвенного плодородия. Изучению динамики влажности при различных способах основной обработки почвы посвящено множество работ (Бурлакова Л.М., Куфаев А.А. и др., 2004; Симахина Т.В., 2007; Каргин В.И., Немцев С.Н. и др., 2008; Митрофанов Ю.И., 2010; Макаров В.И., Глушков В.В., 2010; Шурупов В.Г., Полоус В.С., 2011; Кислов А.В., Васильев И.В. и др., 2012 и др.). Однако, несмотря на наличие большого количества экспериментального материала по изучению водного режима почвы, включая накопление запасов влаги в зависимости ее от систем обработки, проблема остается актуальной. Более того, данные, получаемые даже в одних исследованиях этой проблемы, иногда чрезвычайно различаются по годам (Каргин В.И., 2009). Таким образом, учитывая сложные экологические условия Поволжья, отличающиеся неустойчивым характером увлажнения и температурного режима, и противоречивость мнений по данной проблеме, совершенствование систем основной обработки почвы, способствующих более полному усвоению атмосферных осадков, накоплению и сбережению запасов влаги, снижению ее непроизводительных потерь, имеет первостепенное значение для земледелия региона.
Из представленного рисунка 3 и приложений 14, 15, 16 видно, что наибольшие запасы влаги перед посевом гороха в метровом слое содержались на вариантах с комбинированной в севообороте (170 мм) и классической обработкой почвы (167 мм). С уменьшением интенсивности основной обработки происходило снижение количества доступной влаги. Аналогичные результаты были получены в Республике Мордовия В.И. Каргиным, С.Н. Немцевым и др. (2007).
Следует отметить, что при сочетании в севообороте разных систем обработки почвы в соответствии с требованиями культур под горох проводится в качестве основной также вспашка. Небольшое преимущество комбинированной обработки относительно контроля, возможно, обусловлено отсутствием «плужной подошвы», которая образуется при постоянной обработке на одну и ту же глубину. Вследствие этого произошло увеличение водопроницаемости почвы, а следовательно, и запасов продуктивной влаги в метровом слое. С наименьшим количеством доступной растениям влаги оказался вариант с обработкой почвы орудием КПШ-5+БИГ3А. Г. И. Казаков (1997) отмечал, что при нулевой и поверхностных обработках в сравнении со вспашкой, вследствие повышенной плотности почвы, в Поволжье ухудшаются условия для накопления влаги в осенне-весенний период, а П. П. Колмаков, А. М. Нестеренко (1981) считают, что постоянная плоскорезная обработка со временем создает условия для капиллярного испарения. Напротив, ряд исследователей (Тищук Л.А. и др., 2001; Хамидуллин М.М. и др., 2001) склоняются к мнению, что поверхностные обработки по сравнению со вспашкой способствуют большему накоплению влаги к моменту посева сельскохозяйственных культур.
Максимальные запасы влаги в метровом слое почвы по всем вариантам наблюдались в 2011 г. При этом они по вариантам практически не различались (от 174 по комбинированной обработке до 167 мм по поверхностной). Наименьшие запасы продуктивной влаги отмечались в 2012 году (от 149 по поверхностной обработке до 165 мм по комбинированной в севообороте). Таким образом, накопление влаги в почве прежде всего определяется количеством выпавших осадков в осеннее – весенний период (в 2012 году выпало 357 мм, а в 2011 – 431 мм осадков). Следует отметить, что в год с меньшим поступлением и накоплением влаги в почву разница по вариантам обработок была более существенной, чем в годы с обильными осеннее – весенними осадками.
В годы с меньшим количеством осадков разница между минимальным и максимальным накоплением осадков перед посевом гороха было больше (2012 г. – 15,4 мм), чем в более благоприятные годы (2011 г. – 5,5 мм).
Перед посевом овса наибольшее количество доступной влаги в метровом слое почвы также было накоплено в 2011 году и изменялось от 171 мм по поверхностной обработке до 175 мм по вспашке плугом ПЛН-4-35 (рисунок 4, приложения 14, 15, 16). Несколько меньшие запасы относительно 2011, но чуть большие 2012 года были сформированы в 2013 году и составляли 154 мм по поверхностной до 168 мм по комбинированной в севообороте обработкам почвы.
За годы исследований более высокие запасы в метровом слое почвы перед посевом овса наблюдались по комбинированной в севообороте обработке и составляли 170 мм.
Важным фактором получения дружных всходов культурных растений являются запасы продуктивной влаги в пахотном слое почвы. В наших опытах перед посевом гороха и овса в слое 0 – 30 см содержание доступной влаги за три года исследования изменялось незначительно и варьировало от 43 мм по отвальной вспашке до 47 мм по мелкой обработке агрегатом БДМ-3х4.
Таким образом, исследования показали, что в условиях лесостепи Поволжья влагозапасы чернозема выщелоченного формируются, прежде всего, за счет осенне-весенних осадков, что составляет 72,3 % в 2012 и 63,2 % в 2011 году (приложение 1). Перед посевом ранних яровых культур преимущество в накоплении продуктивной влаги в метровом слое почвы имели отвальная и комбинированная в севообороте системы обработки почвы за счет меньшей плотности, при которой происходило лучшее поглощение и накопление влаги в метровом слое, исключающие поверхностный сток талых вод при весеннем снеготаянии. Последнее подтверждается установленной отрицательной зависимостью между запасом продуктивной влаги в почве в метровом слое и плотностью пахотного горизонта, которая характеризуется следующим уравнением регрессии: У = – 126,8х + 317,7 (по гороху, r = 0,824); У= – 218,7х + 426,6 (по овсу, r = 0,908). За время вегетации культур под посевами гороха и овса происходило значительное снижение запасов продуктивной влаги в почве. Остаточный запас в большей степени зависит от суммы осадков, выпавших за этот период. При этом наблюдалось относительное выравнивание содержания влаги по всем вариантам обработки почвы. В среднем за три изучаемых года остаточный запас доступной растениям влаги в период уборки в метровом слое составлял по гороху от 52 мм на варианте со вспашкой до 58,7 мм на варианте с плоскорезной обработкой агрегатом КПШ-5+БИГ-3А (таблица 6, приложения 17, 18, 19). Опыты И.Д. Шишлянникова (1997) в умеренно влажной зоне на черноземе выщелоченном показывают, что при минимализации обработки почвы в метровом слое накапливается продуктивной влаги больше, а расходуется меньше по сравнению с отвальной обработкой. В нашем опыте частично подтверждаются полученные им данные. Мелкая и поверхностная обработки не смогли накопить больше доступной растениям влаги, чем вспашка, но к периоду уборки запас влаги в метровом слое был больше этого варианта.
Групповой и фракционный состав гумуса
Одним из наиболее важных, информативных параметров с точки зрения диагностики и оценки действия различных систем обработки почвы на экосистемы и направленности процессов, протекающих в почве, является комплекс показателей гумусного состояния почвы. В настоящее время основой исследований, посвященных изучению органического вещества почв, является представление о его гетерогенности, наличии в его составе фракций, различающихся по формам и прочности связи с минеральными компонентами почв, по экстракционной подвижности и лабильности (Бакина Л.Г., 2012). В наших исследованиях для характеристики качественного состава гумуса использовали непосредственные щелочные вытяжки 0,1–н NаОН с последующим определением содержания гуминовых и фульвокислот по схеме, предложенной И.В. Тюриным в модификации В.В. Пономаревой и Т.А. Плотниковой (1980). Гуминовые кислоты — наиболее ценная часть гумуса, они имеют большую сорбционную поверхность, играют важную роль в образовании агрономически ценной структуры почвы и основного фонда питательных веществ для растений, прежде всего азота. В почве гуминовые кислоты находятся в тесном взаимодействии с микрочастицами глинистых минералов, которые имеют регулярную структуру (Shapovalov А. A., Putsykin Y. G., Leonov V., 2000). Не растворяясь в воде, они не влияют на рН почвы (Пономарева В.В., Плотникова Т.А., 1980).
Фульвокислоты отличаются от гуминовых меньшим содержанием азота, более высокой кислотностью, высокой растворимостью в воде их соединений с минеральной частью почвы. Благодаря высокой кислотности фульвокислоты энергично разрушают почвенные минералы и способствуют перемещению продуктов разложения в нижние слои почвы.
Таким образом, наряду с количественными, большое значение имеют качественные характеристики гумуса почв, однако до настоящего времени роль изменений группового и фракционного состава гумуса при различных системах основной обработки почвы исследована недостаточно. Причем имеющиеся данные по влиянию систем основной обработки почвы на качественные показатели гумуса также противоречивы. Ряд авторов (Гордиенко В.И., Селинцев А.В., 1989) утверждают, что длительное применение минимальной обработки почвы не повлияло на фракционный состав гумуса, а по исследованиям других авторов (Михновская А.Д. и др., 1992), с увеличением длительности бесплужных обработок возрастала подвижность органического вещества и отмечалась фульватизация гумуса.
М.В. Когут, Н.П. Масютенко (1990) отмечают, что на фоне плоскорезной и поверхностной обработок почвы происходит достоверное увеличение содержания лабильного гумуса. Результаты исследований, представленные в таблице 15, показали, что в зависимости от систем основной обработки почвы наблюдается различный коэффициент соотношения гуминовых и фульвокислот по слоям. На почвах с мелкой и поверхностной обработками с углублением увеличивается содержание фульвокислот и происходит уменьшение содержания гуминовых кислот. Их соотношение с глубиной снижается от 1,6 до 1,1. По данным Е.С. Гасановой, К.Е. Стекольникова и др. (2010), фульвокислоты и их соли, благодаря легкой растворимости, быстро вымываются в нижние горизонты почвы и даже за пределы почвенного профиля, что приводит к преобладанию гуминовых кислот в верхнем горизонте и их снижению в нижних слоях, что и наблюдалось в наших исследованиях: в зависимости от систем основной обработки почвы содержание фульвокислот варьировало от 27,5 % в слое 0 – 10 см до 37,7 % в слое 20 – 30 см. На вариантах со вспашкой и комбинированной в севообороте обработкой почвы отмечалось более равномерное распределение гуминовых и фульвокислот в составе гумуса и не происходило большого варьирования коэффициента их соотношения с глубиной. В пахотном слое отношение гуминовых к фульвокислотам было максимальным на варианте с применением комбинированной в севообороте системы обработки почвы, что составляет 1,5; чуть ниже данный коэффициент был по вспашке – 1,4. Увеличение фульвокислот и уменьшение
Таблица15 – Влияние систем основной обработки почвы на групповой и фракционный состав гумуса в выщелоченном черноземе перед посевом гороха , 2012 год (в % от содержания гумуса)
Содержание агрессивных фульвокислот (ФК1а) слабо отличалось по вариантам и находилось в пределах от 6,4 до 7,0 %. На опытном участке преобладает фракция гумуса, связанная с кальцием ФК – 2 и ГК – 2). От суммы гуминовых кислот она составляет по вспашке и комбинированной обработке около 45 – 41 %, а по поверхностной и мелкой обработкам – около 51 %. Следует отметить, что при этом наблюдалось выраженное преобладание гуминовых кислот над фульвокислотами, особенно заметное на варианте с комбинированной системой обработки почвы (преобладание гуминовых над фульвокислотами в 2 раза). Таким образом, применение вспашки и комбинированной в севообороте обработки почвы способствует установлению равного соотношения гуминовых к фульфокислотам в нижележащих слоях, что обусловлено большей водорастворимостью фульвокислот и их миграции в более глубокие слои.
Результаты, полученные при определении прочно связанного с минеральной частью гумуса (вытяжка №3), показали, что по вариантам обработки почвы наблюдается незначительная разница как по гуминовым, так и фульвокислотам. А.А. Юскин, В.И. Макаров и др. (2009) отмечают, что данная фракция более консервативна.
