Динамика детрита под культурами севооборота при различных способах повышения плодородия почв в ЦЧР

Формирование основных свойств почвы протекает под влиянием целого комплекса различных агротехнических приемов, из которых ведущую роль играют севообороты, система обработки почвы и система удобрений [1-9]. При этом сельскохозяйственные культуры оказывают различное влияние на величину фракции подви^ного гумуса, а так^е на соотношение процессов разло^ения и новообразования наиболее динамичной его части. ^гротехническими ^е мероприятиями мо^но воздействовать на мобильную фракцию почвенного гумуса, т.к. известно, что основная часть процессов разло^ения и обмена веществ с наибольшей интенсивностью проходит именно в подви^ной части [10-12].

Одним из компонентов органического вещества почвы является детрит, являющийся легкодоступным энергетическим    материалом для микроорганизмов. В своем составе он содер^ит ростоактивирующие вещества, используемые растениями в течение всего вегетационного периода [13]. Представляя собой проме^уточный продукт разло^ения растительных остатков, детрит является источником азота и других элементов питания для растений и микроорганизмов. Он относительно легко минерализуется и частично гумифицируется. Конечным результатом минерализации является выделение углекислого газа, минеральных соединений азота, фосфора, калия и других элементов, то есть повышение эффективного плодородия почвы. Результатом процесса гумификации является консервация органических веществ в форме относительно устойчивых к разло^ению специфических соединений - гумусовых кислот. Таким образом, при характеристике гумусового состояния почв необходимо контролировать содер^ание не только общего гумуса, но и детрита [13, 6].

С 1985 г. на кафедре земледелия Вороне^ского Г^У в многофакторных стационарных опытах большое внимание уделяется различным приемам повышения плодородия почв.

Цель исследований - разработать оптимальные агроприемы возделывания культур, обеспечивающие улучшение биологических свойств почвы, в частности, повышение содер^ания в почве лабильного органического вещества и гумуса.

Исследования проводились в 2006-2009 и 2011-2014 гг. соответственно на черноземе выщелоченном и черноземе типичном в юго-восточной части ЦЧР.

Опыт №1. Представлен севооборотом: предшественники озимых (занятый и сидеральный пар) – озимая пшеница – сахарная свекла – ячмень. Почва опытного участка - чернозем выщелоченный, среднесуглинистого гранулометрического состава с содер^анием гумуса 4,0-4,2 %. Гидролитическая кислотность – 3-5 мг.экв/100 г абсолютно сухой почвы, степень насыщенности основаниями – 85-90 %, содер^ание подви^ного фосфора (по Чирикову) – 6,8-13,0 мг, обменного калия (по Масловой) – 16-28 мг/100 г абсолютно сухой почвы. Определение содер^ание детрита проводили по методике, предло^енной ТСХ^.

Схема опыта:

• 1.    Занятый и сидеральный пар (ЗП, СП) – контроль – минеральные удобрения вносились в подкормку под озимые N 30 кг/га д.в. (ЗП или СП + N 30 ).

• 2.    ЗП + внесение минеральных удобрений под озимую пшеницу NPK (100) , под пропашные культуры NPK (100) + навоз в дозе 40т/га (Н) + по^нивный посев горчицы сарептской (Brassica juncea) на зеленый корм после озимой пшеницы (Ск) + биологический уро^ай соломы озимой пшеницы – 5- 7 т/га (Соп)(ЗП+N 200 P 200 K 200 +H+Ск+Соп).

• 3.    ЗП + внесение минеральных удобрений под озимую пшеницу NPK (100) , под пропашные NPK (100) + H+ Ск (ЗП + NPK (200) +H+Ск).

• 4.    СП + запашка биологического уро^ая соломы ячменя на удобрение (Ся), внесение минеральных удобрений под озимую пшеницу NPK (100) , под пропашные культуры NPK (100) и навоза в дозе 40 т/га + по^нивный посев горчицы сарептской (Brassica juncea) на зеленое удобрение после озимой пшеницы (Суд) + биологический уро^ай соломы озимой пшеницы – 5-7 т/га (Соп) (Сп+ NPK (200) +H +Суд +Соп + Ся).

• 5.    СП + Ся, внесение минеральных удобрений под озимую пшеницу NPK (100) , + навоз в дозе 40 т/га + Суд (СП + NPK (200) +H +Суд + Ся).

Размещение вариантов в стационарном опыте рендомезированное, повторность трехкратная. Севообороты представлены всеми полями в пространстве. Учетная площадь делянки составляет 120 м2 (15х8).

Гидротермический коэффициент в годы проведения исследований характеризовался значительными колебаниями, что позволило нам всесторонне изучить динамику органического вещества

Опыт 2. Почва опытного участка – чернозём типичный, среднемощный, глинистый с содер^анием гумуса в пахотном слое почвы 5,65%. Сумма обменных оснований – 34,1, содер^ание подви^ного фосфора (по Чирикову) – 113, обменного калия (по Чирикову) – 184, гидролизуемого азота – 62,9 мг/кг почвы. Севообороты представлены всеми полями в пространстве. Размер делянки: 37,8х17,4 м, общая площадь делянки – 658 м2, учётной – 525 м2. Повторность - трехкратная.

Схема опыта: Звено севооборота №1: чистый пар – озимая пшеница – ячмень – подсолнечник /кукуруза на зерно. Звено севооборота №2: сидеральный пар (донник ^елтый 2-го года ^изни) – озимая пшеница – ячмень (по^нивной сидерат) – ½ кукуруза на зерно / ½ бинарный посев подсолнечника с донником ^елтым 1-го года ^изни. Звено севооборота №3: занятый пар (люцерна синяя 2-го года ^изни) – бинарный посев озимой пшеницы с люцерной синей 3-го года ^изни – ячмень (по^нивный сидерат) – ½ кукурузы / ½ бинарный посев подсолнечника с люцерной синей 1-го года ^изни. Годы исследований по гидротермическим условиям были разными: вегетационный период 2011 г. характеризовался как слабо засушливый (ГТК по Селянинову – 1,0), 2012 – 2013 гг. как избыточно вла^ные (ГТК = 1,6 – 2,3), а 2014 г. (ГТК = 0,7) как засушливый.

При использовании занятого и сидерального паров в почву поступает большое количество све^их негумифицированных растительных остатков, обогащенных азотом с узким соотношением углерода к азоту [14].

Химический состав поступивших в почву растительных остатков благоприятствовал высоким темпам их разло^ения. В результате на вариантах применения различных приемов биологизации отмечается существенное увеличение содер^ания в почве лабильного органического вещества.

Замена занятого пара на сидеральный (опыт №1) обеспечила поло^ительную динамику детрита в пахотном слое почвы. Так, количество детрита в почве на варианте сидерального пара по сравнению с контролем увеличилось на 15% (табл. 1). В среднем за годы исследований более высокое содер^ание лабильного органического вещества было отмечено на всех вариантах опыта с совместным применением органических и минеральных удобрений. При этом в пахотном слое под сидеральным паром среднее за вегетацию содер^ание детрита было выше, чем в почве под занятым, и на 2037% выше, чем в почве контрольного варианта. Вероятно, это связано с тем, что в почву поступало большое количество растительных остатков, но из-за недостаточного увла^нения разло^ение све^их негумифицированных остатков было замедленным.

Ва^ной продовольственной культурой Центрально-Черноземного региона является озимая пшеница. Применение в качестве ее предшественника в опыте №1 сидерального пара обеспечило формирование в почве более высокого (на 24%) количества детрита, чем на варианте занятого пара. Существенно более высоким было содер^ание детрита на варианте с сидеральным паром и при совместном его использовании с минеральными удобрениями – на 0,017-0,026 абс. %.

Это связано с тем, что, несмотря на засушливые условия проведения исследований, на варианте сидерального пара в почву поступает све^ее органическое вещество (в виде зеленого удобрения), обогащенное азотом и способное к быстрому разло^ению [15].

Определение содер^ания детрита в почве под сахарной свеклой и ячменем показало изменение его содер^ания под влиянием возделываемой культуры, вида внесенного удобрения и периода вегетации (табл. 2).

Таблица 1. Содер^ание детрита под парозанимающими культурами и озимой пшеницей

Варианты опыта	Содер^ание детрита, %
	пар				озимая пшеница
	посев	цветение	среднее	% к контролю	посев	уборка	среднее	% к контролю
Занятый пар (контроль)	0,200	0,224	0,213	100	0,152	0,168	0,160	100
ЗП + NPK (50)	0,192	0,256	0,226	106	0,153	0,173	0,163	102
ЗП + NPK (50)	0,215	0,245	0,230	108	0,151	0,172	0,162	101
Сидеральный пар	0,239	0,253	0,246	115	0,189	0,202	0,196	122
СП + NPK (50)	0,286	0,299	0,293	137	0,178	0,199	0,185	116
СП + NPK (50)	0,247	0,265	0,256	120	0,169	0,183	0,176	110
HСР 05	0,010	0,008	0,009		0,010	0,080	0,045

Таблица 2. Содер^ание детрита в почве под сахарной свеклой и ячменем

Варианты опыта	Содер^ание детрита, %
	сахарная свекла				ячмень
	посев	уборка	среднее	% к контролю	посев	уборка	среднее	% к контролю
Занятый пар (контроль) +N 30	0,133	0,127	0,130	100	0,142	0,133	0,137	100
NPK (100) +ПП+С	0,190	0,176	0,183	141	0,141	0,162	0,151	110
NPK (100) +H+ПП	0,195	0,191	0,193	148	0,153	0,151	0,152	111
Сидеральный пар	0,186	0,174	0,180	138	0,147	0,151	0,149	109
NPK (100) +ПП+С	0,202	0,197	0,200	154	0,145	0,162	0,153	112
NPK (100) +H+ПП	0,230	0,224	0,227	175	0,144	0,161	0,152	111
HСР 05	0,03	0,02	0,025		0,020	0,010	0,150

Внесение удобрений, как по занятому, так и по сидеральному парам, увеличивало содер^ание детрита в почве на 38-75%. Hаиболее высокие показатели по содер^анию детрита имеют варианты минеральных удобрений с навозом и по^нивным посевом, а так^е минеральных удобрений с по^нивным посевом и соломой по всем видам паров.

Содер^ание детрита на варианте сидерального пара без внесения удобрений было выше, чем на контроле, на 38%. При применении минеральных удобрений на фоне сидерального пара его содер^ание превышало показания контрольного варианта на 54-75%. Внесение органических, минеральных удобрений и их сочетание увеличивало содер^ание детрита перед посевом сахарной свеклы в 1,2 раза.

Таким образом, сезонная динамика детрита тесно связана с количеством послеуборочных остатков, их химическим составом, определяющим скорость разло^ения, особенностями выращивания культуры и гидротермическими условиями.

Ячмень в опыте №1 размещался после сахарной свеклы. Удобрения под ячмень не вносились, а изучалось последействие удобрений, внесенных под сахарную свеклу. Hаиболее благоприятные условия для формирования запасов детрита в почве были созданы на варианте внесения минеральных удобрений под сахарную свеклу совместно с по^нивным посевом, соломой и навозом, как по занятому, так и по сидеральному парам: содер^ание детрита на этих вариантах увеличилось на 11-12%.

^нализируя результаты исследований по динамике детрита на чернозёме, выщелоченном под культурами севооборота, отмечаем, содер^ание детрита в весенний и осенний сроки различались ме^ду собой. Сезонная динамика детрита тесно связана с количеством послеуборочных растительных остатков, нормой органических удобрений, особенностями выращиваемой культуры и гидротермическими условиями.

Под пропашными культурами за период от посева до уборки содер^ание лабильной фракции уменьшается, что является следствием усиления минерализации органического вещества. В пахотном слое под зерновыми, наоборот, происходит ее накопление за этот период. В севообороте все используемые приемы повышения плодородия увеличивали содер^ание лабильной фракции на 16-34% (на фоне занятого пара) и на 28-49% (на фоне сидерального пара) по сравнению с контролем.

Благоприятное влияние на формирование запасов лабильного органического вещества в почве отмечается и при проведении исследований на черноземе типичном при использовании в севообороте многолетних бобовых трав, как в качестве бинарных компонентов культур, так и в качестве парозанимающих культур (опыт №2).

Исследования показали, что в звене севооборота без использования приемов биологизации зерновые культуры (озимая пшеница, ячмень) увеличивали содер^ание детрита в почве, а подсолнечник и чистый пар -ускоряли его минерализацию.

В среднем по звену при применении в севообороте донника ^ёлтого содер^ание детрита в пахотном слое почвы увеличилось на 0,039 абс.%, а при использовании люцерны синей – на 0,031 абс.%, тогда как под контрольным звеном севооборота содер^ание детрита в почве практически не изменилось.

Увеличение массы детрита в пахотном слое почвы при применении приёмов биологизации связано с увеличением количества поступающих в почву растительных остатков за счёт совместного использования на удобрение соломы озимой пшеницы, а так^е ячменя и по^нивных сидератов в комплексе с возделыванием многолетних бобовых трав [16].

Так, при возделывании подсолнечника в бинарных посевах с бобовыми травами на фоне по^нивной сидерации количество детрита в почве к моменту его уборки увеличилось от 0,134 до 0,170% (табл. 3).

Увеличение содер^ания в почве лабильного органического вещества отмечается и при дальнейшем произрастании бобовых трав в паровых полях – на 0,029-0,031 абс. %. К уборке озимой пшеницы масса детрита в пахотном слое почвы превысила весенние значения на 0,043-0,062 абс. %. Так^е на 0,017-0,030 абс. % было выше, чем при всходах, содер^ание детрита на момент полной спелости ячменя.

Сни^ение ^е содер^ания детрита в почве контрольного звена севооборота, по нашему мнению, было связано как со сравнительно небольшим поступлением в почву растительных остатков, так и с усилением процессов минерализации органического вещества в результате проведения ме^дурядных (подсолнечник) и сплошных (пар) обработок почвы.

Ценность поступающих в почву растительных остатков в регулировании плодородия почвы определяется не только их массой, но и химическим составом, который оказывает большое влияние на скорость разло^ения биомассы. Проведённые исследования показали, что детрит в почвах различных севооборотов существенно различается ме^ду собой по содер^анию углерода и азота (табл. 4).

Таблица 3. Содер^ание детрита в почве различных звеньев севооборота (опыт №2)

Звено севообо^ота (факто^ А)	Соде^жание дет^ита в слое почвы 0-30 см по фазам вегетации культу^, %
	па^		оз. пш.		ячмень		подсолнечник
	1	2	1	2	1	2	1	2
Звено №1(конт^.)	0,058	0,035	0,054	0,112	0,106	0,121	0,152	0,112
Звено №2	0,086	0,115	0,153	0,215	0,167	0,197	0,136	0,168
Звено №3	0,140	0,171	0,207	0,250	0,174	0,191	0,134	0,170
НСР 05	0,039		0,082		0,075		0,049

П^имечание: 1 – ᴨᴏсев, 2 – убо^ка

Таблица 4. Качество детрита в почве различных звеньев севооборота (опыт №2)

Звено (факто^ А)	Качество дет^ита в посевах ^азличных культу^, %
	Па^			оз. пш.			ячмень			подсолнечник
	N	C	C:N	N	C	C:N	N	C	C:N	N	C	C:N
Звено №1	0,61	26,3	43,0	0,69	27,6	37,2	0,91	28,3	31,1	0,91	21,4	23,6
Звено №2	1,60	21,4	20,2	1,60	21,4	20,2	1,54	23,6	15,3	1,60	21,4	20,2
Звено №3	1,70	33,2	18,5	1,70	21,9	18,5	1,70	33,2	19,5	1,90	25,2	13,3
НСР 05	0,04	0,65		0,04	0,88		0,03	0,36		0,04	0,49
НСР 05 (А)	0,02	0,26		0,01	0,36		0,01	0,15		0,02	0,20

Применение при возделывании культурных растений комплекса приёмов биологизации обеспечивает значительное улучшение качественного состава детрита. Так, на вариантах звеньев севооборота с донником ^ёлтым и люцерной синей детрит в своём составе содер^ит существенно более высокое количество азота (1,5-1,9%) по сравнению с контролем (0,6-0,9%). Благодаря этому соотношение углерода к азоту в этих растительных остатках сни^ается до 13-24, тогда как на контрольном варианте данный показатель варьирует в пределах 24-43.

• 1.    Для увеличения количества лабильного органического вещества рекомендуется замена чистого пара на сидеральный (донник ^ёлтый) или занятый (люцерна синяя), бинарные посевы подсолнечника и озимой пшеницы с люцерной синей.

• 2.    После раноубираемых культур (озимая пшеница, ячмень) необходимо проводить посев проме^уточных культур на зеленое удобрение, используя для этого редьку масличную.

• 3.    Заделку в почву по^нивного сидерата целесообразнее проводить совместно с соломой зерновых культур.

• 4.    Зерновые культуры (озимая пшеница и ячмень) от посева к уборке увеличивают содер^ание детрита в почве, пропашные (сахарная свекла) ускоряли его минерализацию.

• 5.    Для увеличения массы негумифицированного органического вещества необходимо использовать сочетание навоза, минеральных удобрений, соломы, сидератов (в пару и по^нивно).

Использование этих приемов обеспечивает увеличение содер^ания в пахотном слое почвы детрита с узким соотношением углерода к азоту, что обеспечит благотворное влияние на формирование биологической продуктивности возделываемых сельскохозяйственных культур.