К вопросу стабилизации гумусного состояния пахотных черноземов за счет запашки соломы зерновых культур

Введение . В целях решения проблемы увеличения продуктивности пашни в сельском хозяйстве России делается ставка на активное применение минеральных удобрений как наиболее эффективное средство повышения урожая культур. Узкая специализация предприятий АПК привела к отказу от севооборотов, обеспечивающих воспроизводство плодородия пахотных почв. Ситуация усугубляется еще и тем, что органические удобрения стали вноситься неравномерно и в дозах, не обеспечивающих положительный баланс гумуса.

Анализ хозяйственной деятельности предприятий АПК показал, что органические удобрения в основном вносятся на 1–2 поля, расположенные в непосредственной близости от животноводческих ферм, а отчетность ведется по количеству удобрений на всю пашню. В итоге это привело к тому, что на полях, где систематически вносится органика, возник дисбаланс между питательными веществами, а на основной площади пашни – стабильная дегумификация. При- чиной этого является низкая экономическая отдача – в настоящее время вывозить органические удобрения на удаленные поля для хозяйств убыточно. Поэтому запашка соломы зерновых культур будет единственным выходом в решении проблемы стабилизации гумусного состояния пашни.

Использование минеральных удобрений несомненно мощный фактор повышения урожайности сельскохозяйственных культур. Однако они влияют на химический состав соломы и активность почвенной микрофлоры. Процесс разложения растительных остатков на пашне, где вносятся минеральные удобрения, происходит по-разному [1–3]. Это затрудняет прогнозирование гумусообразования и разработку эффективных мероприятий по воспроизводству плодородия.

Цель исследований . Изучение возможности стабилизации гумусного состояния пахотных черноземов за счет запашки соломы зерновых культур, выращенных на различном агрофоне.

Условия и методы проведения исследований. Исследования проводились на стационаре кафедры почвоведения и агрохимии ГАУ Северного Зауралья, расположенного в северной лесостепи Тюменской области около деревни Утешево. Стационарный опыт был заложен в 1995 году на маломощном тяжелосуглинистом черноземе выщелоченном, с типичными для Западной Сибири признаками и свойствами [4, 5]. Плотность сложения пахотного слоя чернозема выщелоченного составляет 1,07– 1,25 г/см³. Содержание гумуса в пахотном слое (0–30 см) варьирует от 7,65 до 9,05 %, глубже – снижается с 4,41 до 0,72–0,54 %. Валовое содержание азота и фосфора в пахотном слое составляет 0,43–0,44 % и 0,16–0,18 %, а их запасы соответственно достигают 20 и 8,5 т/га. Степень насыщенности основаниями варьирует по профилю в пределах 89–95 %.

Исследования проводили в трехпольном зерновом с занятым паром севообороте (1. Занятый пар (однолетние травы). 2. Яровая пшеница. 3. Овес), развернутом в пространстве и во времени, в четырехкратном повторении, общая площадь делянки составляла 100 м2 (4х25 м). Размещение делянок последовательное, их расположение фиксированное и за годы исследований не изменялось. Система обработки почвы отвальная и за весь период исследова- ний не менялась. Удобрения вносились из расчета на планируемую урожайность яровой пшеницы и овса 3,0; 4,0; 5,0 и 6,0 т/га зерна, с учетом запасов питательных веществ в почве. Дозы удобрений корректировались ежегодно и вносились под предпосевную культивацию. Расчет проводился методом элементарного баланса, проводимого на основе ежегодного анализа почвы на NPK. В качестве контроля использовался вариант с запашкой соломы без внесения минеральных удобрений. При уборке зерновых культур солома измельчалась непосредственно комбайном Sampo и запахивалась на этих же делянках. Длина резки соломы не превышала 5 см. Учетная площадь – 50 м2. Однолетние травы убирались в период цветения гороха кормоуборочным комбайном «Полесье» с предварительным отбором снопов для учета биомассы и химического анализа.

Учет массы соломы проводился весовым способом. Во всех повторениях и на каждой делянке с одного квадратного метра отбирались снопы в 6-кратной повторности для определения биологической урожайности зерновых культур. Стебли срезали на высоте не более 5 см, имитируя тем самым срез комбайном. Расчет массы пожнивно-корневых остатков определялся расчетным способом. Биологическая урожайность зерновых культур и однолетних трав умножалась на соответствующие коэффициенты. Этот метод был предложен кафедрой агрохимии Омского ГАУ, коэффициенты представлены в монографии профессора Ю.И. Ермохина [6].

Образцы на гумус отбирались непосредственно после уборки, по слоям до глубины 40 см в 6-кратной повторности. Содержание гумуса определялось методом Тюрина в модификации ЦИНАО, запасы гумуса – расчетным методом с использованием равновесной плотности. Статистическая обработка результатов осуществлялась с использованием программы MS Excel.

Результаты исследований. За годы исследований (1995–2016) на варианте без внесения минеральных удобрений было запахано в почву 86 тонн растительных остатков, что соответствовало ежегодному поступлению 3,9 тонн (рис. 1). Масса соломы была минимальна относительно других вариантов – 43 т/га, что соответствовало количеству пожнивно-корневых остатков. За этот период содержание гумуса в слое 0–40 см уменьшилось с 6,61 до 6,12 % от массы почвы (рис. 2), что соответствовало потере 22 тонн почвенного органического вещества (табл.). Ежегодная убыль составила 1,1 т/га. Данный факт указывает на то, что выращивание зерновых культур на естественном агрофоне и последующая запашка их соломы в почву не обеспечивают стабилизации гумусного состояния пахотных черноземов лесостепной зоны Зауралья. Это подтверждается ранее проведенными исследованиями полей за период более 35 лет [7, 8].

Внесение минеральных удобрений на планируемую урожайность зерновых культур 3,0 т/га обеспечило выход побочной продукции массой 64 т/га, что в сочетании с пожнивно-корневыми остатками позволило за годы исследований запахать 117 т/га органики. Это соответствовало ежегодному внесению 5,3 т/га растительных остатков. Содержание гумуса в слое 0–40 см на этом варианте увеличилось с 6,50 до 7,10 %, что соответствовало накоплению 29 тонн гумуса за 22 года. Ежегодная прибавка гумуса составила 1,3 т/га. Однако, как показывает анализ, в первые десять лет запашки соломы накопление гумуса идет с минимальной скоростью, в дальнейшем ежегодное накопление постепенно возрастает, достигая в отдельные годы 2,5 т/га. Данный факт объясняется постепенной сменой состава почвенной микрофлоры [9].

Как показали ранее проведенные исследования, вероятность получения урожая 3,0 т/га зерновых культур на черноземных почвах лесостепной зоны Зауралья составляет не менее 90 %. Именно эта урожайность должна быть минимальной для обеспечения положительного баланса гумуса за счет запашки соломы на черноземных почвах при существующей системе земледелия.

Внесение удобрений на планируемую урожайность зерновых культур 4,0 т/га обеспечивает ежегодное поступление в почву 2,7 тонн пожнивно-корневых остатков, что на 11 % выше предыдущего варианта. Столь незначительное увеличение массы ПКО на варианте с NPK (на 4,0 т/га) обусловлено формированием маломощной корневой системы при высоком уровне питания. Поэтому основная роль в стабилизации гумусного состояния на удобренных полях отводится соломе.

Рис. 1. Поступление соломы и пожнивно-корневых остатков (ПКО) в пахотный слой чернозема выщелоченного при различном уровне питания зерновых культур с 1995 по 2016 г., т/га

Рис. 2. Динамика содержания гумуса в слое 0–40 см пахотного чернозема выщелоченного при различном уровне питания зерновых культур и запашке соломы, % от массы почвы

За 22 года исследований на варианте с планируемой урожайностью было запахано 80 т/га, что в сумме с пожнивно-корневыми остатками составило 139 тонн, то есть 6,3 тонны ежегодно. Содержание гумуса в слое 0–40 см на этом варианте возросло с 6,53 до 6,96 %, ежегодная прибавка составила одну тонну. Несмотря на увеличение массы запахиваемых растительных остатков почти на 20 % относительно варианта, где вносились удобрения на планируемую урожайность 3,0 т/га, ежегодная прибавка гумуса снизилась на 0,3 т/га. Данный факт обусловлен повышением микробиологической активности почвы и увеличением содержания общего азота в запаханных растительных остатках, что стимулирует процесс их минерализации [10]. Эта особенность доказывает, что внесение минеральных удобрений на планируемую урожайность 4,0 т/га обеспечит только стабилизацию гумусного состояния пахотных черноземов за счет запашки соломы. Для устойчивой положительной динамики при использовании этого агрофона требуется уменьшить аэрацию пахотного слоя путем отказа от некоторых механических обработок [11]. Это приведет к снижению активности аэробной микрофлоры, отвечающей за минерализацию растительных остатков [12].

Динамика запасов гумуса в слое 0–40 см пахотного чернозема при запашке соломы на различном агрофоне

Наиболее интересными являются варианты с максимальной насыщенностью минеральными удобрениями (NPK на 5,0 и 6,0 т/га). За 22 года на них было запахано 157 и 164 тонны растительных остатков, что соответствует 7,1 и 7,5 тоннам ежегодно. Столь незначительные различия обусловлены тем, что планируемая урожайность зерновых культур в отдельные годы не была достигнута вследствие неблагоприятных погодных условий. Несмотря на максимальную массу запахиваемых растительных остатков, превышающую контроль почти в два раза, на этих вариантах отмечалась стабильная отрицательная динамика содержания и запасов гумуса. За 22 года содержание гумуса снизилось с 6,46 до 5,97 % – потери почвенного органического вещества уменьшились с 312 до 288 тонн в слое 0–40 см. Ежегодная убыль составила 1,1 т/га. Вариант с планируемой урожайностью зерновых культур 6,0 т/га не имел существенных отличий. Полученные многолетние результаты указывают на то, что при существующей системе земледелия систематическое внесение минеральных удобрений на планируемую урожайность зерновых культур выше 4,0 т/га неминуемо приводит к ухудшению гумусного состояния. Причин стабильной дегумификации при запашке соломы несколько: высокая микробиологическая активность на протяжении летне-осеннего периода, избыточное содержание азота в растительных остатках, а также проявление частичной миграции гумуса в глубь почвенного профиля, отмеченное ранее в научных публикациях [13–15].

Выводы

• 1.    Запашка соломы зерновых культур, выращенных за счет естественного плодородия пахотного чернозема выщелоченного, в условиях лесостепной зоны Зауралья не обеспечивает стабилизацию гумусного состояния – ежегодные потери почвенного органического вещества в слое 0–40 см составляют 1,1 тонны.

• 2.    Положительный баланс гумуса в пахотном черноземе выщелоченном отмечен только на вариантах с внесением минеральных удобрений на планируемую урожайность 3,0 и 4,0 т/га, где ежегодно запахивается 5,3 и 6,3 тонны растительных остатков (солома и пожнивно-корневые остатки). Максимальная эффективность гумусообразования проявляется при получении планируемой урожайности 3,0 т/га зерновых культур.

• 3.    Внесение минеральных удобрений на планируемую урожайность зерна свыше 4,0 т/га усиливает процесс минерализации растительных остатков и почвенного органического вещества, что приводит к ухудшению гумусного состояния. Ежегодные потери гумуса достигают 1,2 тонны в год при ежегодной запашке соломы

и пожнивно-корневых остатков массой до 7,5 тонны.