Оценка плодородия чернозема выщелоченного на фоне прямого посева зерновых культур в Южном Зауралье

Введение. Черноземы выщелоченные Южного Зауралья обладают благоприятными агрохимическими и агрофизическими показателями плодородия почвы для возделывания большинства полевых культур. Увеличение в последнее время в сельскохозяйственном производстве антропогенных нагрузок на почву и дисбаланс органического вещества приводят к снижению естественного и эффективного плодородия [1] (что связано с механической обработкой почвы и отчуждением с поля органической части в виде пожнивных растительных остатков) и оказывают значительное влияние на снижение показателей плодородия.

В настоящее время при возделывании зерновых культур первостепенное значение имеют ресурсосберегающие технологии. Поэтому решение одной из важнейших задач в развитии агропромышленного производства России является освоение технологий обработки почвы на основе ее минимизации. В Челябинской области в сельскохозяйственном производстве по ресурсосберегающим технологиям обрабатывается 30 % почвы, в том числе применение прямого посева составляет более 5 %, минимальной обработки – 19 %, Основные задачи, которые решаются посредством механической обработки почвы, это придание почве необходимых показателей структурности, которые создают благоприятные водно-воздушный, тепловой, окислительно-восстановительный режимы. Хорошая аэрация и наличие доступной влаги способствуют созданию лучших условий для активации микробиологических процессов, мобилизации питательных веществ. Основанием для необходимости проведения механической обработки и ее глубины являются различия между оптимальными и реальными показателями элементов плодородия почвы. Если они совпадают с оптимальными показателями для возделываемой культуры, то в данных условиях механическую обработку почвы проводить не обязательно.

Современные тенденции совершенствования систем обработки почвы некоторые исследователи связывают с применением в растениеводстве нулевой обработки (прямой посев) [2].

В связи с вышеуказанным необходимо проведение контроля над возможными негативными процессами и путями восстановления показателей плодородия почвы путем постоянных наблюдений за агрохимическими и агрофизическими свойствами почвы в различных технологиях обработки почвы, включая прямой посев. Это позволит разносторонне оценить и наметить пути для оптимизации почвенных условий для роста и развития сельскохозяйственных культур.

Цель исследования. Комплексная оценка плодородия чернозема выщелоченного на фоне систематического прямого посева зерновых культур в зернопаровом севообороте в условиях северного лесостепного агроландшафта Южного Зауралья.

Задачи исследования: определить состояние плодородия чернозема выщелоченного по оценке агрохимических и агрофизических показателей на фоне применения прямого посева в системе зернопарового севооборота.

Материалы, объекты и методы исследования. Полевые эксперименты проведены в 2014–2020 гг. на опытном поле ФГБНУ «Челябинский НИИСХ», расположенном в северном лесостепном агроландшафте Южного Зауралья. Объект исследований: чернозем выщелоченный в системе зернопарового севооборота с чередованием пар – озимая рожь – горох+овес – пшеница на фоне систематического прямого посева зерновых культур при различных уровнях минерального питания: без удобрений и с внесением азотных минеральных удобрений (N 30 – весенняя подкормка озимой ржи, N 10 – в посеве го-рох+овес, N 30 – в посеве яровой пшеницы).

Почва опытного участка – чернозем выщелоченный маломощный тяжелосуглинистый. Площадь элементарной делянки 154 м2. Учетная площадь 64,4 м2 (2,3 м × 28 м). Повторность в опыте четырехкратная, делянки ориентированы с севера на юг, расположены в четыре яруса, рендомизация ограниченная. На агрохимические показатели плодородия чернозема выщелочен- ного исходные образцы почвы в 2013 г. отбирались под яровой пшеницей по слоям 0–10, 10–20 и 20–30 см и в 2020 г. по истечении ротации 4-польного зернопарового севооборота на агрофизические показатели по слоям 0–10, 10–20 и 20–30 см.

В опыте применялся систематический прямой посев зерновых культур, при котором механические способы обработки почвы не проводились. Чистый пар – химический, с внесением глифосата в рекомендуемой норме. Азотное удобрение (аммиачная селитра) вносили перед посевом дифференцированно под культуры в зависимости от технологии возделывания и размещения их в севообороте. Весной за 7 дней до посева сельскохозяйственной культуры, при наличии сорняков и проросшей падалицы, проводилось опрыскивание гербицидом сплошного действия (глифосатом). Посев сельскохозяйственных культур осуществляли стерневой сеялкой СС-6 в третьей декаде мая. Посевы в период кущения зерновых культур обрабатывали селективными гербицидами – на пшенице «Балерина» в дозе 0,5 л/га + «Ластик-экстра» в дозе 1,0 л/га, на горохе – «Гербитокс» в дозе 0,8 л/га. Защиту сельскохозяйственных культур от болезней проводили при превышении порога вредоносности препаратом «Колосаль Про» в дозе 0,3–0,4 л/га. Учет урожая – прямым комбайни-рованием Sampo-500. Погодные условия вегетационного периода в годы исследования были контрастными и характеризовались: 2014 и 2018 гг. – как влажные с ГТК – 1,5 и 1,4; 2015 г. – избыточно влажный с ГТК – 1,7; 2016, 2017 и 2019 гг. – недостаточно влажные с ГТК – 1,05, 1,08 и 1,2; 2020 г. – экстремально сухой с ГТК – 0,3 до третей декады июля, с избытком осадков в августе и сентябре с ГТК – 2,6.

Результаты исследования и их обсуждение. Определение показателей плодородия чернозема выщелоченного позволит охарактеризовать состояние почвы и дать научное обоснование прямого посева.

В результате анализа почвенных образцов нами установлены изменения основных агрохимических показателей плодородия чернозема выщелоченного, которые представлены в таблице 1.

Таблица 1

Изменения агрохимических показателей плодородия чернозема выщелоченного на фоне прямого посева в зависимости от фона минерального питания

Показатель	Фон минерального питания	Год
		2013*	2017
pH KCI	0	5,37	5,47
	N	5,08	5,22
Азот общий, %	0	0,318	0,350
	N	0,330	0,355
Гумус, %	0	5,70	6,48
	N	6,06	6,64
Р 2 О 5 по Чирикову, мг/ кг	0	118,3	121,6
	N	107,7	120,2
Фосфор валовой, мг/кг	0	1539,3	1817,1
	N	1545,6	1782,0
Обменный калий, мг/кг	0	104,6	121,6
	N	105,0	120,2

*По данным Л.П. Шаталиной.

Содержание органического вещества в почве служит основным показателем оценки почвенного плодородия. Между запасами гумуса в почве и другими показателями плодородия существует тесная корреляционная зависимость: агрохимического – 0,56–0,97, физического – 0,52–0,97 [3].

В наших наблюдениях (2014–2017 гг.) за время применения прямого посева в системе 4-польного зернопарового севооборота существенных изменений содержания гумуса почвы не зафиксировано (фон без удобрений, НСР 05 = 0,895, фон с удобрением, НСР 05 = 1,285). Отказ от механической обработки почвы, соблюдение севооборота и оставление пожнивно-корневых и растительных остатков способствовали стабилизации содержания гумуса. Почва по содержанию гумуса характеризуется как среднегумусированная.

Кислотность почвы (pH KCI ) осталась в категории слабокислых почв. Показатель изменялся на фоне без минеральных удобрений с 5,37 до 5,47, а на фоне с удобрением с 5,08 до 5,22. Таким образом, систематическое применение азотных удобрений сопровождается подкислением почвы, в среднем по вариантам опыта на 0,14 единиц по сравнению с 2013 г.

Снижение содержания агрохимических показателей, таких как азот общий, подвижный фосфор, фосфор валовой и обменный калий, не наблюдалось. Отмечена тенденция повышения содержания доступных форм фосфора и калия. По мнению некоторых исследователей, это происходит при оставлении всей незерновой части сельскохозяйственных культур в поле, выделении в процессе разложения остатков органических кислот, повышающих подвижность элементов [4, 5].

Для более объективной оценки плодородия почвы необходимо определить параметры ее агрофизических свойств, что позволит наметить пути улучшения условий для роста и развития культур в севообороте. Именно со структурностью почвы связаны основные ее агрофизические и технологические свойства. В соответствии с классификацией Н.И. Саввинова [6] по оценке структуры почвы, к агрономически ценным относят агрегаты размером от 0,25 до 10 мм. Анализ структурно-агрегатного состояния чернозема выщелоченного в результате применения систематического прямого посева зерновых культур в зависимости от фона минерального питания представлен в таблице 2.

Таблица 2

Структурно-агрегатное состояние чернозема выщелоченного при прямом посеве зерновых культур в зависимости от фона минерального питания, сухое просеивание (20.06.2020 г.)

Вариант	Слой, см	Размеры агрегатов, мм								К стр. *
		>10	10–7	7–5	5–3	3–1	1–0,25	< 0,25	10–0,25
Прямой посев (без удобрения)	0–10	36,3	9,9	7,2	9,4	22,9	13,9	0,4	63,3	1,72
	10–20	50,8	11,0	8,3	9,3	14,7	5,2	0,7	48,5	0,94
	20–30	45,1	12,8	8,7	10,6	15,3	6,7	0,8	54,1	1,18
Прямой посев (с удобрением)	0–10	43,4	8,8	6,8	8,4	17,6	6,2	8,8	47,8	0,92
	10–20	45,0	11,5	8,2	9,6	15,8	5,4	4,4	50,5	1,02
	20–30	47,3	12,5	9	11	15,3	4,8	0,1	52,6	1,11

* К стр. – коэффициент структурности.

При использовании прямого посева на фоне без удобрений формировалось низкое содержание мелкоглыбистой части агрегатов >10 мм в слое почвы 0-10 см и высокий процент агрономически ценных агрегатов размером от 3 до 0,25 мм. На варианте прямого посева при внесении удобрений с увеличением глубины росло количество макроструктуры размером 10– 0,25 мм за счет снижения распыленной части почвы. По всей видимости, это связано с лучшими условиями питания для растений на этом варианте и соответственно более развитой корневой системой зерновых культур.

Анализом структурно-агрегатного состояния почвы на фоне прямого посева установлено хорошее состояние чернозема выщелоченного согласно качественной оценке. При применении прямого посева коэффициент структурности почвы характеризуется в среднем как хороший, с показателями от 1,01 до 1,28.

Важной характеристикой структурности почвы является ее водопрочность, то есть способность противостоять размыванию агрегатов водой. Исследованиями отечественных ученых установлено, что пахотный слой чернозема обладает устойчивым сложением, если содержит не менее 40–50 % водопрочных агрегатов размером больше 0,25 мм. При снижении их содержания почва склонна к уплотнению с ухудшением воздухо- и водопроницаемости [2, 7].

По нашим данным, количество водопрочных агрегатов в зависимости от фона минерального питания при систематическом прямом посеве в среднем изменялось в интервале 50,1–50,7 %, что является положительным фактором (табл. 3).

Таблица 3

Структурно-агрегатное состояние чернозема выщелоченного при прямом посеве зерновых культур в зависимости от фона минерального питания, мокрое просеивание (20.06.2020 г.)

Вариант	Глубина, см	Размеры агрегатов, мм
		> 3	3–1	1–0,25	> 0,25
Прямой посев (без удобрения)	0–10	–	2,4	45,7	48,0
	10–20	0,8	3,4	46,3	50,5
	20–30	–	2,2	49,5	51,8
Прямой посев (с удобрением)	0–10	1,6	13,8	40,0	46,8
	10–20	0,2	3,6	48,6	52,4
	20–30	0,2	3,8	48,9	53,0

Незначительно меньшее количество водопрочных агрегатов > 0,25 мм отмечено на варианте без применения в севообороте минеральных удобрений. В частности, таких агрегатов было меньше в самом верхнем 0–10 см слое почвы.

Количество водопрочных агрегатов > 0,25 мм на вариантах опыта увеличивалось с глубиной.

Согласно системе оценки водопрочности агрегатов почвы, предложенной И.В. Кузнецовой (1979), их содержание оценивается как хоро- шее, а сложение по структуре устойчивое. При прямом посеве на фоне с минеральным удобрением содержание водопрочных агрегатов размером 1–3 мм было больше, чем на варианте прямым посевом на фоне без удобрений, что также связано с более развитой корневой системой культурных растений при лучшей обеспеченности минеральным питанием и их структурообразующей способностью.

По мнению ученых, в результате проводимых опытов в России черноземные почвы с содержанием водопрочных агрегатов 40–60 % являются пригодными для применения минимальных и нулевых обработок, так как они имеют устойчивое и оптимальное сложение для сельскохозяйственных культур [2, 7].

Выводы. Комплексная оценка состояния чернозема выщелоченного северного лесостепного агроландшафта Южного Зауралья показывает создание благоприятных условий в системе прямого посева зернопарового севооборота, а именно:

• 1)    агрохимические показатели по кислотности почвы, содержанию азота общего, фосфора валового, подвижного фосфора и обменного калия изменения не имеют и соответствуют оптимальным параметрам.

• 2)    агрофизические свойства по структурноагрегатному состоянию почвы и коэффициенту структурности оцениваются как хорошие, а сложение по структуре почвы устойчивое.