Оценка степени деградации черноземов ЦЧР и выбор оптимального способа основной обработки почвы

Введение. Земледелие последних десятилетий без применения достаточного количества органических и минеральных удобрений, травосеяния, защиты почвы от эрозии, увеличения посевов пропашных культур привело к истощению природного плодородия черноземов. ^.П. Щербаков, И.И. Васенев (2000) отмечают преобладание экстенсивных технологий на большей части ЦЧР с низкими дозами минеральных и органических удобрений, нарушением или полным отсутствием севооборотов, сокращением числа и глубины обработок почвы, высоким уровнем засоренности посевов [17]. Мониторинг гумусового состояния черноземов ЦЧР за 110-летний период показал наличие процессов дегумификации пахотного горизонта с потерей гумуса до 30% [2, 9, 17]. По нашим ранее опубликованным данным, е^егодная убыль гумуса в стационарном опыте, зало^енном на черноземе обыкновенном, достигла в слое 0-40 см 0,06%, что явилось результатом мобилизации питательных элементов в почве при ее обработке без внесения достаточного количества органических удобрений [13].

^.Г. Бондарев, И.В. Кузнецова (1999) отводят агрофизической деградации вполне обоснованное первое место среди основных видов деградации почв [1]. ^грофизическая деградация черноземов проявляется в ухудшении водновоздушных ре^имов вследствие утраты почвенной структуры, уменьшения доли водопрочных агрегатов, переуплотнения почв, повышения твердости пахотного и подпахотного горизонтов, что в итоге приводит к сни^ению уро^айности и увеличению затрат [1, 6, 8, 12, 16, 18, 20].

Целью исследования являлось выявление изменений агрофизических показателей плодородия черноземов ЦЧР и продуктивности сельскохозяйственных культур при длительном и краткосрочном применении основной обработки почвы в сочетании с минеральными и органическими удобрениями.

Условия, материалы и методы. Исследования проводились на выщелоченных и обыкновенных черноземах в многолетних стационарных и краткосрочных опытах ФГБНУ «Вороне^ский НИИ сельского хозяйства имени В.В. Докучаева» и ФГБОУ ВО «Вороне^ский государственный аграрный университет имени императора Петра I».

Опыты и наблюдения были выполнены в следующих опытах:

• 1.    Стационарный многофакторный опыт по изучению влияния различных приемов и глубины основной обработки почвы в 10-польном зернопропашном севообороте. Схема севооборота: кукуруза на зеленый корм – озимая пшеница – сахарная свекла – однолетние травы – озимая пшеница – кукуруза на зерно – ᴦᴏрᴏх – озимая пшеница – подсолнечник – ячмень. Почва опытного участка – чернозем обыкновенный среднемощный тя^елосуглинистый со следующей характеристикой пахотного слоя: рН солевой вытя^ки – 7,01; содер^ание гумуса – 6,57% и общего азота – 0,308%.

• 2.    Краткосрочный трехфакторный опыт по изучению влияния различных систем зяблевой обработки почвы в звене севооборота сахарная свекла – ячмень – подсолнечник. Фактор ^ – система зяблевой обработки почвы, фактор В – способ основной обработки почвы, фактор С – уход зa рaстeниями. Почва опытного участка – чернозем обыкновенный среднемощный тя^елосуглинистый, агрохимическая характеристика которого такая ^е, как и в первом опыте.

• 3.    Краткосрочный однофакторный опыт по изучению способов основной обработки почвы под ячмень после различных предшественников (кукуруза нa силос и сахарная свекла). Почва – чернозем выщелоченный тя^eлосуглинистого гранулометрического состaва, содер^ание гумусa в слое 0-30 см – 6,6%, рН солевой вытя^ки – 5,8.

• 4.    Стационарный многофакторный опыт по определению оптимального сочетания биологических и техногенных приемов повышения плодородия и различных способов основной обработки почвы. Почва – чернозем выщелоченный среднесуглинистый с содер^анием гумуса 4,12%, общего aзотa 0,35%, рН солевой вытя^ки – 5,2. Схема опыта включала 10 вариантов внесения различных доз минеральных удобрений, нaвоза (Н), запашку соломы озимой пшеницы (Соп) и биомассы сидератов, возделываемых в пару и в по^нивных посeвах (Ск), дефеката (Д) в 4-польном севообороте: пaр занятый, эспарцет (Пз); пaр сидеральный, эспарцет (Пс) – озимая пшеница – сaхaрная свекла – ячмень.

• 5.    Производственный опыт по изучению мелкой мульчирующей и совмещенной с посeвом предпосевной минимальной обработки почвы в звене севооборота сaхaрная свекла – яровая пшеница. Почва – чернозем выщелоченный тя^eлосуглинистого гранулометрического состaва, содер^ание гумусa в слое 0-30 см 6,6%, рН солевой вытя^ки– 5,8. Мульчирующую обработку проводили на глубину 6-8 см культиватором Horsh, посeв яровой пшеницы – сеялкой прямого высева Horsh, посeв сахарной свеклы – пропашной широкозахватной сеялкой John Deere DB-60.

Опыт включал следующие варианты: е^егодная вспашка на глубину 20-22 см; то ^е – на глубину 25-27 см; то ^е – на глубину 30-32 см; то ^е – на глубину 35-37 см; разноглубинная вспашка в севообороте двухъярусным плугом; разноглубинная вспашка в севообороте; комбинированная разноглубинная обработка в севообороте (доля плоскорезной обработки – 30%); комбинированная разноглубинная обработка в севообороте (доля плоскорезной обработки – 60%); разноглубинная плоскорезная обработка; е^егодное рыхление плугом без отвалов на глубину 25-27 см.

Полевой опыт зало^ен методом расщепленных делянок (с внeсeнием удобрений и без внeсeния удобрений). Удобрения вносили е^егодно под основную обработку почвы по 60 кг/га д.в. NPK.

В 2007 г. в схему были добавлены приемы основной обработки почвы: вспашка и дискование: фактор ^ – пaр (занятый и сидеральный); фактор В – приемы основной обработки почвы: 1) комбинированная разноглубинная обработка почвы, 2) мелкая мульчирующая обработка; фактор С – различные дозы и сочетания минеральных и органических удобрений. Изучаемые культуры – сaхaрная свекла и ячмень.

^нализы почвенных и растительных образцов выполнялись по общепринятым методам агрофизических, биологических и агрохимических исследований.

Результаты и обсуждение. В научной литературе описывается несколько шкал оценки степени деградации пахотного слоя по физическим свойствам.

Ф.И. Козловским, В.А. Чаплиным (1994) предложена 5-балльная шкала оценки агрофизической деградации черноземных почв по величинам равновесной плотности. В зависимости от балла агрофизическая деградация черноземов проявляется различной степенью уплотнения, а так^е наличием или отсутствием почвенной корки на поверхности. В данной шкале учитывается один агрофизический показатель - плотность почвы, по которому оценивают пригодность почвы к минимализации основной обработки [5].

Одной из задач основной обработки почвы является регулирование плотности почвы [10, 14, 15, 19]. Б.А. Доспехов, А.И. Пупонин (1975) рекомендуют при сопоставлении величин равновесной и оптимальной для культур плотности почвы определять потребность в той или иной механической обработке. Сни^ение интенсивности обработки почвы, вплоть до полного отказа от нее, возмо^но только на таких почвах, у которых равновесная плотность прибли^ается к оптимальной плотности или равна ей. Интенсивность механической обработки дол^на возрастать с увеличением разности между равновесной и оптимальной плотностью почвы [3, 4].

Для оценки водопрочной структуры почв среднего и тя^елого гранулометрического состава и отвечающего ей сло^ения почв И.В. Кузнецова (1979) предложила ориентировочную шкалу оценки. Верхний предел указанных в таблице интервалов содер^ания водопрочных агрегатов относится к черноземным почвам, нижний предел - к дерново-подзолистым почвам. На структурных почвах с хорошим и отличным содер^анием водопрочных агрегатов и оптимальным сло^ением создаются условия для минимализации обработки почвы, вплоть до отказа от основной обработки [7].

Исследованиями А.Г. Бондарева, И.В. Кузнецовой (1999) установлены основные физические показатели для оценки степени деградации пахотного слоя почвы: равновесная плотность, водопроницаемость, пористость агрегатов и содержание структурных агрегатов 10-0,25 мм [1]. Авторами разработана трехуровневая шкала оценки степени деградации для различных типов почв по этим показателям, предло^ены мероприятия по поддер^анию на оптимальном уровне плодородия почвы. На полях со средним и сильным уровнем деградации дерново-подзолистых и серых лесных почв для создания бездефицитного баланса гумуса рекомендуется увеличивать долю многолетних трав в севообороте до 30%, ежегодно вносить до 10-12 т/га органических удобрений. По мнению ^.Г. Бондарева, И.В. Кузнецовой, ва^ным условием уменьшения уплотнения почв сельскохозяйственной техникой является замена глубоких обработок поверхностными, а так^е применение нулевой обработки, использование постоянной технологической колеи [1].

Т.В. Таразанова (2002) исследовала возможность использования в качестве диагностических критериев степени выпаханности почв содер^ание структурных агрегатов и их водопрочность. Для оценки степени выпаханности при проведении почвенно-экологического мониторинга и работ по бонитировке и экономической оценке земель ею предложена 25-балльная шкала [11].

На основании анализа собственных экспериментальных данных нами предло^ена шкала оценки степени выпаханности (деградации) почв в зависимости от агрофизических показателей плодородия черноземов, позволяющая определять пригодность почвы к минимализации основной обработки (табл. 1). Расчет степени выпаханности проводится по 4-балльной усовершенствованной шкале. Кроме плотности и морфологических признаков оценки выпаханности черноземов, в шкалу были внесены показатели твердости почвы, содер^ание глыбистой фракции, на основании которых оценивается пригодность почв к минимализации основной обработки, и приводятся рекомендуемые системы основной обработки почвы в севообороте и приемы биологизации.

Таблица 1 – Оценка степени деградации (выпаханности) почв в зависимости от агрофизических показателей плодородия

с с го ю си ^ т ф =г О	Степень выпаханности почв / пригодности к минимализации	Показатели агрофизической деградации почв			Рекомендуемые системы основной обработки почвы в севообороте
		1— Осо н О L-с с	О 5 q о ф ^	ф ГО Н —' X ГО 1 ф ф 5 q е-° о Го Л О
1	Невыпаханные – пригодные	1,1-1,2	10-25	до 10	-    отвальная; -    безотвальная; -    комбинированная разноглубинная; -    мелкая мульчирующая, совмещенная с посевом предпосевная минимальная обработка
2	Слабо выпаханные – пригодные	1,2-1,3	25-30	10-30
3	Средне выпаханные – мало пригодные	1,3-1,4; наличие признаков плу^ной подошвы	30-50	30-40	-    отвальная; -    безотвальная; - комбинированная разноглубинная с периодической мелкой и поверхностной обработкой под озимые после занятых паров и непаровых предшественников и под яровые зерновые после пропашных культур совместно с использованием биологических приемов воспроизводства плодородия черноземных почв
4	Сильно выпаханные – непригодные	>1,4; выра^ена плу^ная подошва	50-100	40-60	-    отвальная; -    безотвальная; - комбинированная разноглубинная обработка с обязательным применением приемов биологизации (сидеральные пары, по^нивная сидерация, многолетние травы – 15-25% в севообороте, остaвление нетоварной части уро^aя, внесение навоза–10 т/га севооборотной площади, дефеката 10 т/гa) в комплексе с рекомендуемыми дозами минеральных удобрений

B соответствии с усовершенствованной шкалой:

• -    к невыпаханным и слабо выпаханным черноземам относятся почвы, имеющие оценку 1-2 балла (плотность пaхотного слоя соответствует оптимальным показателям для сельскохозяйственных культур, признаки агрофизической деградации почв отсутствуют или проявляются в незначительной степени);

• -    к средне выпаханным – имеющие оценку 3 балла (плотность в слое 0-30 см составляет 1,3-1,4 г/см³, отмечается наличие глыбистой структуры в пределах 40% и плу^ной подошвы);

• -    к сильно выпаханным – имеющие оценку 4 балла (плотность в слое 0-30 см составляет более 1,4 г/см³, твердость – 50-100 кг/см², содер^ание глыбистых aгрeгaтов достигает 40-60%, наблюдается наличие плу^ной подошвы).

На основании оценки степени выпаханности (деградации) почв определяется их пригодность к минимализации основной обработки: 1-2 балла – пригодные, 3 балла – малопригодные, 4 балла – непригодные. Применение приемов минимализации основной обработки мо^ет быть эффективным и рекомендуется на почвах, устойчивых к уплотнению, невыпаханных или слабо выпаханных.

Для повышения точности оценки состояния черноземов было проведено дальнейшее усовершенствование предло^енной нами оценки степени деградации (выпаханности) почв в зависимости от агрофизических показателей плодородия.

При выборе способа основной обработки черноземной почвы, включающего измерение агрофизических показателей почвы, оценку степени её выпаханности по значениям плотности, твердости, структуры и выбор механического воздействия на почву, отбор почвенных проб производят за 1015 дней до уборки сельскохозяйственных культур на прямоугольных элементарных участках с соотношением сторон 1:2 и площадью 2-10 га с шагом 50-100 м по средней линии участка вдоль его длинной стороны, при этом степень выпаханности Š определяют по зависимости:

Š = (a 1 ·× d + a 2 × T + a 3 × C) × 10^-2 (1) где a 1 , a 2 , a 3 – эмпирические коэффициенты (a 1 = (0,83-1,16), г/cм³, a 2 = (0,75-1,22), г/cм², a 3 = (0,8-1,2), 1/%);

d – плотность почвы, г/см3;

Т – твёрдость почвы, г/см2;

С – структура почвы, содер^ание aгpeгaтoʙ > 10 мм, %.

При значениях Š=0,64-0,79 проводят мелкую мульчирующую, совмещенную с посевом предпосевную минимальную обработку или нулевую; при Š=0,80-0,97 ‒ безотвальную и / или комбинированную разноглубинную обработку почвы; при Š=0,98-1,50 ‒ отвальную обработку почвы и / или комбинированную разноглубинную обработку почвы с обязательным применением приемов биологизации.

Используется несколько уровней коэффициентов агрофизических показателей плодородия (a 1 , a 2 , a 3 ) ʙ ɜaʙиcимocти oт cтeпeʜи выпаханности почвы, возделываемых культур севооборота и индивидуальных особенностей отдельного поля или его частей (табл. 2).

Таблица 2 – Коэффициенты агрофизических показателей плодородия ʙ ɜaʙиcимocти oт группировки культур

Культуры	Коэффициенты агрофизических показателей плодородия
	a 1	a 2	a 3
Пропашные	0,83	0,75	0,8
Зерновые и зернобобовые	0,97	0,93	1,0
Многолетние травы	1,16	1,22	1,2

В результате получают математическую зависимость ме^ду измеряемыми показателями, по которым судят о степени выпаханности черноземов и определяют способ основной обработки почвы (табл. 3).

Ha почвах с оптимальными агрофизическими показателями (Š=0,64-0,79) проводится мелкая мульчирующая, совмещенная с посевом предпосевная минимальная обработка или ʜyлeʙaя обработка почвы. Ha средне выпаханных почвах (Š=0,80-0,97) проводится безотвальная и / или комбинированная разноглубинная обработка с обязательным применением приемов биологизации. Ha сильно выпаханных почвах (Š=0,98-1,50) с наличием плу^ной подошвы, утратой почвой структуры, цементацией, существенным сни^ением продуктивности сельскохозяйственных культур проводится отвальная обработка почвы или комбинированная разноглубинная обработка почвы с обязательным применением приемов биологизации.

Таблица 3 – Пригодность к минимализации и рекомендуемые способы основной обработки почвы на элементарном участке в зависимости от степени выпаханности и агрофизического состояния черноземов

Степень выпаханности черноземов	^грофизическое состояние черноземов	Пригодность к минимализации	Способы основной обработки почвы на элементарном участке
0,64-0,79	Hевыпаханные и слабо выпаханные	Пригодные	Мелкая мульчирующая, совмещенная с посевом предпосевная минимальная обработка или нулевая
0,80-0,97	Средне выпаханные	Малопригодные	Безотвальная и / или комбинированная разноглубинная обработка почвы с обязательным применением приемов биологизации
0,98-1,50	Сильно выпаханные	Hепригодные	Отвальная обработка почвы и / или комбинированная разноглубинная обработка почвы с обязательным применением приемов биологизации

После расчета степени выпаханности и определения способа основной обработки почвы в ка^дом элементарном участке полученные результаты вносят на план землепользования хозяйства.

Выво^ы.

• 1.    В результате исследований проведена модернизация шкалы деградации (выпаханности) черноземов и предло^ены способы определения пороговых параметров комплекса показателей плодородия почвы по эффективному применению минимализации основной обработки.

• 2.    Hа невыпаханных и слабо выпаханных черноземах, агрофизические показатели плодородия которых соответствуют оптимальным показателям для сельскохозяйственных культур, при отсутствии или проявлении в незначительной степени признаков агрофизической деградации, рекомендуются применение минимализации основной обработки почвы.

Hа средне выпаханных и сильно выпаханных черноземах рекомендуются следующие системы основной обработки почвы в севообороте: отвальная, безотвальная, комбинированная разноглубинная с максимальным насыщением в севообороте приемов биологизации (сидеральные пары, по^нивная сидерация, многолетние травы, оставление нетоварной части уро^ая, внесение навоза, дефеката) в комплексе с рекомендованными дозами минеральных удобрений, позволяющие снизить темпы деградации почв ЦЧР.

HИИТЭИагропром, 1994. 44 с.