Биологические приемы повышения плодородия почвы и урожайности яровой пшеницы

Плодородие почвы В.Р. Вильямс (1949) определил, как способность почв удовлетворять потребность растений в воде и питательных веществах [1].

Интенсификация земледелия расширила и углубила понятие плодородия почв. В настоящее время в литературе встречаются толкования плодородия почвы: естественное, природное, потенциальное, эффективное, экономическое.

В современном земледелии выделяют две противоположные тенденции: рост эффективного и падение потенциального плодородия [2], что ведет к растрате «запаса прочности» почв.

Изучение трансформации плодородия почв при их интенсивном сельскохозяйственном использовании является в настоящее время одной из наиболее актуальных задач земледелия. Особое значение при этом приобретают проблемы сохранения плодородия почв [3–5].

Для земледелия в республике Тыва характерным является некомпенсированное отчуждение урожая и острый дефицит органического вещества, фитосанитарная напряженность и подверженность почв к эрозионным процессам по причине резкой аридности климата [6, 7].

В этих условиях основными задачами является разработка биологических приемов сохранения и повышения плодородия почв, альтернативные подходы в разработке технологий адаптивных для региона.

В настоящее время в республике Тыва изучено влияние чистых, сидеральных и занятых паров на сохранение и восстановление плодородия почвы, процессы дефляции, эрозии и урожайности сельскохозяйственных культур [8, 9].

Цель исследований : изучить влияние предшественников (сидератов) яровой пшеницы в полевых севооборотах на продуктивность и плодородие темно-каштановых почв для разработки технологий возделывания культур.

Условия, материалы и методы исследований. Исследования проводили в звеньях полевых севооборотов, заложенных в 2006 г. на экспериментальных полях Тувинского НИИСХ. Почвенный покров опытного участка представлен темно-каштановой среднесуглинистой почвой. Изучались звенья севооборота: пар – пшеница, горох – пшеница, донник – пшеница. Запашку донника в качестве сидерата проводили в фазу цветения, гороха – образования стручков. В звене с занятым паром зеленую массу донника убирали в фазе бутанизация – начало цветения.

Учетная площадь – 515 м2, расположение вариантов – систематическое, агротехника возделывания – общепринятая для зоны. Высевали яровую пшеницу сортов Кантегирская 89 (2006–2010 гг.) и Чатытай (2012–2015 гг), донник – Карабалыкский, горох – Укосный.

Во время проведения исследований погодные условия вегетационного периода существенно различались по годам. За исследуемый период сумма осадков за вегетационный период составляла 205–320 мм, сумма активных температур выше 10 ºС – 1577–1924 ºС, сумма эффективных температур выше 5 ºС – 1198– 1899 ºС.Сумма осадков за вегетацию 2012 г. – 195,5 мм; 2013 г. – 314,4; 2014 г. – 187,3 мм.

Результаты исследований полученных данных проводили согласно методикам полевого опыта [10, 11].

Результаты исследований и их обсуждение. Проведенные исследования выявили влияние предшественников донника, гороха (сидератов) в сравнении с паром чистым в полевых севооборотах на плотность 30-сантиметрового слоя почвы.

При запахивании биомассы сидеральных культур плотность снизилась на 0,06–0,09 г/см3, а после чистого пара плотность повысилась на 0,05 г/см3 (табл. 1).

Таблица 1

Влияние предшественников на плотность почвы в фазу трубкования пшеницы, г/см3, 0–30 см (в среднем за 2006–2015 гг.)

Предшественник	Исходная	Плотность почвы под пшеницей	± к исходной
Чистый	1,35	1,4	+0,05
Чистый + 30 т/га навоза	1,37	1,31	-0,06
Донник (сидерат)	1,41	1,32	-0,09
Донник (зел. масса)	1,41	1,37	-0,04
Горох (сидерат)	1,41	1,37	-0,04

Примечание: НСР 0,95 ±0,03 г/см³.

Результаты исследований по эффективности паров в борьбе с сорняками показали, что число семян сорных растений в почве (0–20 см) снизилось после всех паров, за исключением донникового (зел. масса).

Лучше других очищал от них почву чистый, не удобреный навозом пар – 47,3 %. Внесение навоза 30 т/га снижало сороочищение почвы до 25,9 %.

Сидеральный гороховый несколько уступал чистым парам, очищали от семян сорняков на 21,0 %. Изменение засоренности почвы происходило в основном за счет семян ранних и поздних яровых малолетников. Возрастание ее после донниковых паров объясняется значительной засоренностью его посевов. В посевах пшеницы из общего количества сорняков 40– 50 % составляли ранние яровые, 35 – поздние яровые, по 5–15 % – зимующие и многолетние. После сидерального горохового и чистых паров засоренность посевов пшеницы в фазу трубкования яровой пшеницы повысилась на 12–15 %, а после донниковых – снизилась на 26–53 %.

Больше засорены были посевы пшеницы по занятому донниковому (90 шт/м2), чистому не-унавоженному (71) и занятому пару (68 шт/м2) (табл. 2).

Отмечено, что запашка в почву всей массы предшественников (сидерат) по сравнению с запашкой стерни и корней повышало очищение почвы и посевов пшеницы от сорняков на 10–20 %.

Таблица 2

Количество и масса воздушно-сухих сорняков перед уборкой яровой пшеницы в зависимости от предшественника (среднее за 2006–2015 гг)

Предшественник	Количество		Масса
	шт/м2	От их числа в фазу трубкования пшеницы, %	г/м2	Удельный вес, %
Чистый	71	29,7	113	15,1
Чистый + 30 т/га навоза	51	18,0	76	9,4
Донник (сидерат)	55	31,6	63	8,5
Донник (зел. масса)	90	51,9	82	14,2
Горох (сидерат)	53	23,7	49	5,9

Водный режим почв в республике Тыва определяется атмосферными осадками. Эффективность усвоения осадков почвой зависит от характера и времени их выпадения, а также от способа обработки почвы. По сезонам года атмосферные осадки распределяются неравно- мерно. Наибольшее пополнение запасов влаги происходит в осенние и предзимние месяцы, когда испарение почвы небольшое, и осадки выпадают на хорошо водопроницаемую почву. В зимний период почва промерзает глубоко и до схода снега не оттаивает, в связи с чем на полях во время снеготаяния наблюдается значительный сток осадков. Паровое поле не только накапливает, но и расходует значительное количества влаги из почвы в результате испарения. Если количество осадков в летний период превышает потери воды от испарения, запасы ее в почве увеличиваются, в сухое лето наблюдается некоторое уменьшение количества продуктивной влаги от весны к осени [12, 13].

Оценивая влагонакопительную эффективность изучаемых предшественников, можно отметить, что почва после пара сидерального аккумулировала 91 мм продуктивной влаги, что составило около 49 % от суммы выпавших осадков за период между осенним и весенним определением, после занятого пара (донник) – соответственно 45 % , а метровый слой почвы чистого пара пополнился лишь на 23 % влаги, что составляет 42 мм. За летне-осенний период при частом выпадении осадков после запашки (213 мм) сидеральные и занятые пары накапливали влагу более интенсивно, чем чистые. В засушливых условиях (71 мм) происходило уменьшение количества продуктивной влаги на всех типах пара.

Баланс влаги на чистых парах от весны к осени во все годы исследований был отрицательным. Общий расход воды чистыми парами в среднем составил 330–339 мм, а сидеральными и занятыми – 325–344 мм (практически одинаков).

Таким образом, в сидеральных и занятых парах влага расходовалась в основном на производство органического вещества и накопление в почве, а в чистых – на непродуктивное испарение с поверхности почвы (табл. 3).

Создание на поверхности почвы мульчирующего слоя из органических остатков и сокращение периода времени с отсутствием на полях растительности могут служить дополнительным приемом рационального использования атмосферных осадков. Исследования еще раз подтвердили, что чистые пары накапливают влагу в почве, главным образом, за счет осеннезимних осадков первого года, а осадки летнего периода и зимние следующего года в основном уходят на непродуктивное испарение. Использование сидеральных паров дает возможность продуктивно использовать летние осадки и получать органическое вещество для почвы. Наличие стерни после парозанимающей культуры способствует большему снегозадержанию, и в результате талые воды лучше поглощаются почвой.

Количество и распределение минерального азота по почвенному профилю тесно связано с погодными условиями и агротехническими факторами. Высокое накопление нитратов является признаком благоприятного биологического режима почвы, достаточной влажности и аэрации, активных микробиологических процессов и присутствия органических соединений [14].

Количество и распределение минерального азота по почвенному профилю тесно связано с погодными условиями и агротехническими факторами.

В период кущения яровой пшеницы в зоне распространения основной массы корней (0– 40 см) меньше нитратного азота (9,6 мг/кг) содержалось в почве после донника (зел. масса). Поступление нитратов от минерализации сидеральной массы проходило под пшеницей после сидерального донника (20,5 мг/кг) и гороха (18,0 мг/кг) (см. табл. 3).

Анализируя урожайность яровой пшеницы в зависимости от предшественника, можно отметить, что продуктивность культуры во многом определялась весенними запасами влаги в почве и условиями увлажнения вегетационного периода. Так, вариант «донник на зел. массу» по влагообеспеченности почвы в весенний период уступал на 10–15 % в пользу чистого и сидерального паров, а его урожайность уступала на 28–34 %. В среднем за годы исследований урожайность яровой пшеницы, размещенной по сидеральным парам, составила 2,0 т/га, по занятому (донник) – 1,57 т/га.

Исследования, проводимые с предшественниками (донник, горох) [15], показали эффективность введения их в полевые севообороты.

Таблица 3

Влияние предшественников на запасы продуктивной влаги, содержание нитратного азота, урожайность яровой пшеницы (в среднем за 2007–2015 гг.)

Предшественник	Запасы продуктивной влаги, мм, 0–100 см			N-NO 3 , мг/га, 0–40 см		Урожай ность, т/га
	Октябрь	Апрель	В период кущения	Октябрь	В период кущения
Чистый	127	157	102	15,6	20,0	1,9
Чистый + 30 т/га навоза	136	160	114	14,0		2,05
Донник (сидерат)	129	158	110	12,5	20,5	2,05
Донник (зел. масса)	120	155	98	11,3	12,8	1,57
Горох (сидерат)	122	151	105	12,0	18,0	2,0
НСР 05	6,2	7,3	5,2 2,1	12,7	0,3

Заключение. В Республике Тыва в системе полевых севооборотов разработаны биологические приемы повышения плодородия почвы и урожайности сельскохозяйственных культур. Изучены основные показатели плодородия (водный и питательный режимы и агрофизические свойства почвы, фитосанитарное состояние посевов и др.). При возделывании яровой пшеницы в зернопаровых севооборотах целесообразно вводить в них предшественники: донник и горох (сидераты). Сидеральные предшественники яровой пшеницы оптимизируют физическое состояние почвы, дают возможность рационально использовать осадки второй половины лета для создания биомассы культуры, служат источником пополнения органического вещества в почву и стабильному получению урожая последующей культуры.