Повышение эффективности чистых и сидеральных паров в лесостепных и степных районах Сибири

Введение . Повсеместное распространение короткоротационных севооборотов с полем чистого пара приводит к снижению поступления органического вещества и ежегодной потере гумуса из-за повышенной его минерализации, а происходящее при этом постоянное отчуждение из почвы элементов минерального питания неминуемо ведет к истощению эффективного и потенциального плодородия почв, а следовательно – к снижению продуктивности сельскохозяйственных культур.

Известно, что один из наиболее эффективных способов повышения плодородия почвы – сидерация. Это обусловлено ее многообразным и комплексным положительным воздействием, которое, в частности, способствует накоплению гумуса и усилению биологической активности почвы; сокращает потери минеральных веществ от вымывания за пределы корнеобитаемого слоя [1, 2]; повышает оструктуривание почвы и водопрочность агрегатов; в значительной степени улучшает такие ее физические свойства, как водопроницаемость, влагоемкость, связность и плотность, что в конечном итоге приводит к повышению урожаев последующих культур и позволяет частично сократить использование энергоемких синтетических минеральных азотных удобрений [3, 4].

Одной из причин, ограничивающих распространение сидеральных паров в Сибири, служит то, что большинство используемых сидеральных культур интенсивно накапливают биомассу до середины июля, чем чаще всего и обусловлены «оптимальные» сроки их запашки. При этом положительное в целом стремление к запашке большей массы зеленого удобрения приводит к противоречию, заключающемуся в том, что с ее нарастанием увеличивается расход влаги, дефицит которой становится практически неизбежным в засушливые годы для культур, высеваемых по сидеральным парам. В этой связи безусловный интерес представляют исследования, направленные на теоретическое обоснование агротехнических приемов, повышающих влагонакопительные функции сидеральных паров.

Цель исследования : изучить пути снижения уровня зависимости урожайности пшеницы по сидеральным парам от весенне-летних осадков с применением комплекса агротехнических приемов, направленных на повышение влагонакопительных функций сидеральных паров.

Объекты и методы исследования. Исследование проводили в стационарных полевых опытах в учебном хозяйстве «Миндерлинское» Красноярского ГАУ на черноземе выщелоченном среднемощном тяжелосуглинистом Сухобузимского района Красноярского края. Для выщелоченного чернозема характерно высокое содержание гумуса в пахотном слое (6,9–8,4 %), среднее и повышенное содержание подвижного фосфора (18–23 мг/100 г почвы) и очень высокое содержание обменного калия (21–25 мг/100 г почвы) [5].

Изучение чистых и сидеральных паров проводили: в опыте 1 (1988–1992 гг.) – изучали влияние глубины запашки сидерата на влагообеспеченность посевов зерновых по чистым и сидеральным парам: глубина запашки – 25–27; 20–22 и 14–16 см.

В опыте 2 (1998–2003 гг.) – изучали сроки запашки донника: 15 июня, 30 июня, 15 июля и 15 августа, – на запасы продуктивной влаги.

В опыте 3 (1998–2003 гг.) – оценивалась эффективность чистых кулисных и сидерально-кулисных паров с применением в них предзимнего щелевания. Схема опыта включала 6 вариантов: 1) чистый пар (контроль); 2) чистый кулисный пар; 3) чистый кулисный пар + щеле-вание межкулисных пространств; 4) сидеральный донниковый пар; 5) сидерально-кулисный пар; 6) сидеральнокулисный пар + щелевание.

Определение влажности почвы проводили термостатновесовым методом. В полевых условиях выделяли пло- щадку, типичную для данного участка, и с помощью специального почвенного бура отбирали почвенные пробы в металлические стаканчики (бюксы) послойно через каждые 10 см до глубины 1 м. Сушили почву 6–8 часов при температуре 105 °С до постоянной массы (ГОСТ 2759388), рассчитывали общие запасы влаги и продуктивную влагу (мм).

Результаты исследования . Проведенное через месяц после июньских сроков запашки донника определение запасов влаги в почве показало, что за этот период вегетирующий до 15 июля донник продолжал иссушать почву. При этом проявилось преимущество июньских сроков запашки донника, выразившееся в увеличении запасов доступной влаги в метровом слое к моменту ухода паров в зиму на 46 и 66 мм (табл. 1). При использовании на зеленое удобрение отавы донника содержание влаги, наоборот, уменьшилось на 72 мм. В итоге урожайность пшеницы в варианах с запашкой донника в первой и второй декадах июня увеличивалась в среднем за три года (1999–2001 гг.) на 0,22 и 0,13 т/га – по сравнению с июльской и на 0,42 т/га – по сравнению с августовской запашкой отавы донника.

Таблица 1

Год	Срок определения	Срок запашки
		15.06	30.06	15.07
1998	15.07	133	81	61
	10.10	127	93	100
1999	15.07	132	102	71
	10.10	240	200	181
2000	15.07	80	72	59
	10.10	116	101	89
В среднем за 3 года	15.07	115	85	64
	10.10	161	151	123

Влияние сроков запашки донника на запасы продуктивной влаги в сидеральных парах, мм (слой 0–100 см)

Повышения эффективности сидерального пара можно достичь не только за счет более раннего – июньского срока запашки сидерата, но и за счет оптимизации глуби- ны его заделки. На тяжелых по гранулометрическому составу почвах целесообразна неглубокая (14–16 см) заделка сидеральной массы (табл. 2).

Таблица 2

Глубина вспашки, см	Слой, см	Срок определения			Урожайность, т/га
		Кущение	Колошение	Уборка
25–27	0–30	44	46	64	1,83
	0–100	127	151	162
20–22	0–30	48	42	81	1,95
	0–100	153	145	198
14–16	0–30	60	57	74	2,27
	0–100	173	196	182

Влияние глубины запашки сидерата на запасы продуктивной влаги, мм, под посевами пшеницы и ее урожайность (1990–1991 гг.)

Целесообразность неглубокой заделки биомассы донника в почву проявилась как в условиях засушливого, так и умеренно влажного вегетационного периодов, обеспечив в среднем за два года увеличение урожайности пшеницы на 24 % по сравнению с глубокой запашкой сидерата и на 17,6 % – по сравнению с вариантом, в котором пшеница возделывалась по чистому неудобренному пару. Зачастую январские и февральские метели приво- дят к полному сносу снега с открытых вспаханных полей, поэтому в рамках практического решения задачи по накоплению влаги в почве важное место должно отводиться приемам по накоплению снега на полях. Однако при этом приходится признать, что в условиях Приенисейской Сибири накопление снега не всегда сопровождается заметным увеличением запасов почвенной влаги к моменту посева сельскохозяйственных культур. Как правило, глубоко промерзающая почва весной оттаивает здесь медленно, и поэтому в момент схода снега с полей талые воды плохо усваиваются по неглубоко оттаявшей почве, стекая в пониженные элементы рельефа. При небольшой толщине снега он обычно не имеет практического значения, так как снег быстро испаряется под воздействием солнечных лучей и пашня оголяется ещё до начала интенсивного снеготаяния.

Первые данные, подтверждающие эффективность щелевания, были зафиксированы весной 1997 г., когда влагозапасы на фоне чистого пара увеличились по сравнению с предзимьем на 49 мм, а на фоне сидерального – на 75 мм.

Несмотря на сухую и жаркую погоду, установившуюся в конце июня и особенно в июле 1997 г. (ГТК-0,4), урожай по чистым и сидеральным парам сформировался с варьированием от 1,99 до 2,61 т/га. Щелевание чистого пара увеличило урожайность на 0,23 т/га, а сидерального – на 0,27 т/га. При этом урожайность пшеницы по сидеральному пару оказалась выше, чем по чистому пару, на 0,35 т/га. В среднем же за пять лет (1999–2003 гг.) щеле-вание чистого кулисного пара повышало урожайность пшеницы на 0,18 т/га, а щелевание сидерального кулисного пара – на 0,24 т/га (табл. 3).

Таблица 3

Слой почвы, см	Чистый пар (контроль)	Чистый пар		Сидеральный пар	Сидеральный пар
		кулисный	кулисный + щелевание		кулисный	кулисный + щелевание
Перед посевом
0–30	40	42	46	36	41	47
0–100	128	140	164	118	134	162
В фазу кущения
0–30	16	22	25	16	22	24
0–50	38	45	59	37	48	62
0–100	80	93	120	86	102	132
Урожайность, т/га	1,98	2,12	2,30	1,99	2,11	2,35
НСР 05 (в среднем)	0,18

Влияние предшественников, кулис и предзимнего щелевания на запасы продуктивной влаги, мм, перед посевом и в фазу кущения пшеницы и ее урожайность (1999–2003 гг.), т/га

Влагонакопительная роль чистых и сидеральных паров резко повышалась при комплексном применении двух агротехнических приемов – посев кулис в паровых полях и предзимнее щелевание межкулисных пространств, здесь же получены и достоверные прибавки урожайности яровой пшеницы (см. табл. 3). Нарезка щелей в этот период практически предотвращает испарение воды из щелей, и последние хорошо сохраняются до весны.

Следует отметить и другое: в лесостепных и степных районах края широкое распространение имеют явления термопереноса влаги из грунта в почву и перераспределения ее по почвенному профилю, в результате которого запасы влаги по почвенным профилям в течение зимы обычно возрастают.

По данным В.В. Чижикова, в условиях Канской лесостепи явление термопереноса влаги из грунта в почву и перераспределение ее по профилю было зафиксировано в трехметровой толще [6].

Подтягивание влаги вверх по профилю осуществляется не из всей почвенной толщи одновременно, а из слоя, непосредственно примыкающего к замерзшему горизонту. По мере увеличения мощности замерзшего слоя процесс переноса охватывает более глубокие слои почв, что под- тверждается часто наблюдаемым сокращением запасов влаги в слоях 200–250 см, особенно в слое 250–300 см, непосредственно примыкающем к нижней границе мерзлого слоя [6].

В нашем случае помимо отмеченного явления при поступлении холодного воздуха в щели в них образуется куржак на границе с теплым воздухом, поступающим из нижележащих горизонтов. При этом возникает эффект, подобный «медвежьей берлоге», когда наличие куржака существенно снижает проникновение холодных масс воздуха в нижележащие горизонты и уменьшает вероятность глубокого промерзания почвы.

Оценивая эффективность кулис и предзимнего щеле-вания почвы в пополнении запасов почвенной влаги, отметим, что в 2001 г. самое низкое значение весеннего приращения влаги наблюдалось на контроле, где из запасов снеговой воды и выпавших позже осадков почва усвоила всего 21,1 %. На фоне чистого кулисного пара с более высокими запасами снеговой воды почва усвоила 30,6 % зимне-весенних осадков, а на фоне нарезки щелей усвоение этих осадков увеличивалось почти в три раза, достигнув 62,4 %.

В вариантах с сидеральными парами коэффициент усвоения зимне-весенних осадков был значительно выше. В вариантах без щелевания он достигал 69,2 %, а при нарезке щелей в межкулисных пространствах – 96,5 %. При этом, по сравнению с контролем, посев кулис в чистых парах позволил увеличить влагозапасы на 15 мм, а нарезка щелей в межкулисных пространствах – на 42 мм. Повышение коэффициента усвоения зимних осадков в сидеральных парах обеспечило их преимущество по отношению к контролю, которое выразилось в увеличении влагозапасов на 38 мм.

Высокая эффективность предзимнего щелевания почвы в пополнении запасов влаги объясняется тем, что нарезка щелей на глубину 40–45 см обеспечивает проникновение снеговой воды в более глубокие слои метрового профиля почвы, исключающие непроизводительные потери влаги.

Подчеркивая значимость увлажнения всего метрового слоя почвы, академик Р.Э. Давид отмечал, что пар является важнейшим средством сохранения и накопления влаги лишь при известном уровне атмосферных осадков. Роль водохранилища метровый слой выполняет вполне удовлетворительно для слоев, расположенных глубже 30–50 см. «Эти слои при отсутствии растительности недоступны высушиванию атмосферными агентами. Следовательно, пар может служить водохранилищем лишь в том случае, когда естественное весеннее промачивание достигает глубины более значительной, чем 50 см. При мелкой увлажненности почвы в пару хранить нечего» [7].

Усредненные за четыре года данные показали, что посев кулис в поле чистого и сидерального пара создает предпосылки для повышения влагонакопительной роли паров на фоне предзимнего щелевания межкулисных пространств, увеличивая содержание полезной влаги в метровом слое почвы по сравнению с контролем на 40– 52 мм (табл. 4).

Таблица 4

Влияние предшественников, кулис и предзимнего щелевания на запасы продуктивной влаги в метровом слое почвы в фазу кущения пшеницы, мм

Вариант	Слой почвы, см	Год				В среднем за 4 года
		2000	2001	2002	2003
Чистый пар (контроль)	0–30	7	32	29	0	17
	0–50	30	61	51	10	38
	0–100	72	125	97	28	80
Чистый кулисный пар	0–30	20	36	29	3	22
	0–50	41	70	55	15	45
	0–100	81	134	122	36	93
Чистый кулисный пар + щелевание	0–30	29	44	29	0	25
	0–50	70	85	63	17	59
	0–100	145	148	137	49	120
Сидеральный пар	0–30	2	36	27	0	16
	0–50	11	72	52	12	37
	0–100	55	135	120	35	86
Сидеральный кулисный пар	0–30	4	49	33	2	22
	0–50	34	79	65	16	48
	0–100	76	145	131	55	102
Сидеральный кулисный пар + щелевание	0–30	17	42	29	10	25
	0–50	62	88	71	29	63
	0–100	138	163	149	79	132

Известно, что чем в более оптимальных соотношениях находятся факторы, от которых зависит урожай, тем растениям меньше требуется воды. Это положение подтверждается и расчетами коэффициента водопотребления яровой пшеницы в наших опытах.

Так, в среднем за пять лет (1999–2003 гг.) расход воды на создание одного центнера зерна при посеве пшеницы по сидеральному пару на фоне более высокой обеспеченности растений элементами питания составлял 13,3 мм, в то время как по чистому пару – 15,5 мм. Нарезка щелей в межкулисных пространствах чистого и сидерального паров, улучшая условия влагообеспеченности пшеницы, приводила также к уменьшению коэффициента водопотребления с 15,5 до 13,8 мм и с 13,3 до 12,5 мм соответственно (табл. 5).

Таблица 5

Вариант предшественника	Фон	Удобренный фон+гербициды в среднем (2001–2002 гг.)	Неудобренный фон в среднем (1999–2003 гг.)
Чистый пар	К	21,8	15,5
	NP	20,4
	G+NP	16,2
Чистый кулисный пар	К	19,6	14,5
	NP	19,9
	G+NP	13,5
Чистый кулисный пар + щелевание	К	17,4	13,8
	NP	17,5
	G+NP	13,4
Сидеральный пар	К	15,1	13,3
	NP	14,6
	G+NP	12,8
Сидерально-кулисный пар	К	13,9	12,8
	NP	13,2
	G+NP	11,5
Сидерально-кулисный пар + щелевание	К	13,7	12,5
	NP	13,2
	G+NP	11,9

Коэффициенты водопотребления яровой пшеницы при различной степени интенсификации

Выводы . Результаты многолетних наблюдений за водным режимом почвы свидетельствуют о том, что в условиях периодически повторяющихся засух их отрицательные последствия можно успешно преодолеть или свести к минимуму за счет более ранней июньской неглубокой запашки сидерата и путем применения приемов по накоплению твердых осадков и нарезке щелей, наличие которых позволяет перевести большую часть снеговой воды во внутрипочвенное состояние, обеспечивая при этом наиболее рациональное использование влаги растениями, что позволяет признать сидеральные пары в качестве альтернативы чистому пару в лесостепных и степных районах края.