Повышение почвенного плодородия склоновых земель сельскохозяйственного назначения Нечернозёмной зоны Российской Федерации

По данным Росреестра, на 1 января 2020 года общая площадь земель сельскохозяйственного назначения в Российской Федерации составляет 381673,0 тыс. га. Из них в собственности граждан находится 106630,9 тыс. га (27,9%), в собственности юридических лиц 20915,6 тыс. га (5, 5%), в государственной и муниципальной собственности 254126,5 тыс. га (66,6%).

Согласно ФЗ от 16.07.1998 №101-ФЗ (ред. от 05.04.2016) «О государственном регулировании обеспечения плодородия земель сельскохозяйственного назначения» собственники, владельцы, пользователи, в том числе арендаторы земельных участков обязаны: осуществлять производство сельскохозяйственной продукции способами, обеспечивающими воспроизводство плодородия земель сельскохозяйственного назначения, а также исключающими или ограничивающими неблагоприятное воздействие такой деятельности на окружающую среду; соблюдать нормы и правила в области обеспечения плодородия земель сельскохозяйственного назначения.

В Российской Федерации находится 4566,2 тыс. га орошаемых земель, из них 2142,7 тыс. га (46,9%) находятся в хорошем состоянии, 1290,8 тыс. га (28,3%) в удовлетворительном и 1132,7 тыс. га (24,8%) в неудовлетворительном состоянии. Из общей площади осушаемых земель Российской Федерации 4753,7 тыс. га 13, 5% находятся в хорошем состоянии (641,8 тыс. га), 47,7% (2267,5 тыс. га) – в удовлетворительном и 1844,4 тыс. га (38,8%) в неудовлетворительном состоянии [1].

Важнейшими параметрами, от которых зависит уровень плодородия, являются конкретные показатели почвенных режимов: водно-воздушный, питательный, температурный, биохимический, физико-химический, солевой, окислительно-восстановительный. Параметры режимов, в свою очередь, определяются климатическими условиями, агрофизическими свойствами почв, их гранулометрическим, минералогическим и химическим составом, запасом элементов питания, содержанием их подвижных форм, содержанием, составом и запасами гумуса, интенсивностью микробиологических процессов, реакцией и некоторыми другими физико-химическими свойствами.

Оценивая роль отдельных почвенных свойств и режимов в формировании плодородия, необходимо подчеркнуть следующие важные положения.

Во-первых, плодородие проявляется как результат сложного взаимодействия и взаимовлияния свойств и режимов почвы.

Во-вторых , показатели свойств и режимов могут быть оценены количественно.

В-третьих , различные растения предъявляют неодинаковые требования к свойствам и режимам почв.

В-четвёртых , свойства и режимы динамичны, т.е. изменяются во времени.

Воспроизводство плодородия почвы в интенсивном земледелии осуществляется двумя путями: вещественным и технологическим. Первый включает применение удобрений, мелиорантов, пестицидов, благоприятное в агрономическом отношении чередование культур, второй связан с улучшением свойств почвы путём применения механической обработки, приёмов осушительных и оросительных мелиораций и др.

На процессы почвообразования влияют гидротермические условия, т.е. водный и радиационный балансы. Между этими процессами существует тесная взаимосвязь. Гидротермический режим, характерный для каждой климатической зоны, является решающим фактором условий среды для нормального развития растений и почвообразовательных процессов [2]. В качестве интегральной характеристики гидротермического режима используют _— так называемый гидротермический коэффициент ( R ), рассчитываемый для природных условий по формуле (1)

R^—= ^R ,                 (1)

L•P где R – радиационный баланс деятельной поверхности, ккал/см2 в год;

L – скрытая теплота парообразования (const = 0,06 ккал/мм см2 в год);

P – сумма осадков, мм/год.

Наиболее благоприятные режимы почвообразования для микробиологической деятельности и накопления гумуса обеспечивается при гидротермическом коэффициенте 0,9 – 1,1.                          _—

В случае, когда гидротермический коэффи _— циент R > 1,8 возможна минерализация гумуса; а при R < 0,5-0,7 – вымывание питательных веществ, гумуса, создаются неблагоприятные условия для жизнедеятельности бактерий [2].

Добиться оптимальных значений гидротермического коэффициента, возможно только внося в почву дополнительную влагу, т.е. применяя орошение, что имеет важное значение при возделывании культур на склоновых землях.

Цель исследований: определить основные причины снижения плодородия почв склоновых земель. Дать рекомендации для разработки современных технологий возделывания сельскохозяйственных культур на дерново-подзолистых почвах Нечернозёмной зоны, для получения планируемых урожаев сельскохозяйственных культур и восстановления почвенного плодородия.

Материалы и методы

Исследования проводили на стационарном полевом опыте в Подольском районе МО в 2011-2012 годах. На опыте развёрнут во времени пятипольный севооборот: 1) овёс; 2) ячмень с подсевом многолетних трав; 3) многолетние травы первого года пользования; 4) многолетние травы второго года пользования; 5) озимая пшеница. В статье приведены данные по овсу, ячменю с подсевом многолетних трав и многолетним травам, т.к. именно они выращивались в севообороте в указанные годы исследований.

В опыте предусматривали:

• •    разработку режимов орошения и технологий полива для получения высокого урожая с.-х. культур;

• •    изучение агротехнических приёмов обработки почвы, способствующих улучшению водно-воздушного режима почвы и повышению продуктивности зерновых и кормовых культур, восстановлению почвенного плодородия.

Опыт проводили на склоновых землях. Участки были расположены в верхней части склона с уклоном 14% (слабопокатый) и в нижней части склона с уклоном 7% (пологий). Повторность опыта трёхкратная. Размещение вариантов методом организованных повторений. Экспозиция склона южная. Протяжённость 120 м. Предполивной порог влажности почвы допускался не ниже 75%. Исследования проводились согласно общепринятым методикам и рекомендациям [5-11]. Методика полевого опыта (Доспехов, 1985). Водно-физические свойства почвы определялись по методикам А.А. Роде и Н.А. Качинского. Фактическая поливная норма учитывалась с помощью дождемеров Давитая. Расчёт поливной нормы проводили по формуле А.Н. Костякова. Влажность почвы – методом термостатной сушки. Фенологические наблюдения проводили по методике Госкомиссии по сортоиспытанию сельскохозяйственных культур. Учёт урожая проводили сплошным методом. Поливы осуществляли дождевальной установкой с интенсивностью дождя I=0,28 мм/мин. Характерные годы определили по формуле Н.Н. Иванова. Статистическая обработка результатов исследований – методом дисперсионного анализа для многофакторных опытов (Доспехов Б.А.). Система удобрений рассчитана с учётом агрохимической характеристики пахотного слоя на положительный баланс питательных элементов (табл.1).

В последнее время в земледелии на склоновых землях наблюдается тенденция упрощения и несоблюдения разработанных в предыдущие годы эффективных систем почвозащитного земледелия.

Это обусловлено стремлением сельхозпроизводителей к максимальному получению прибыли при минимальных затратах, отсутствием должного контроля и ответственности за состояние плодородия почв.

Среднегодовые потери почвы при совместном проявлении водной эрозии и дефляции оцениваются примерно в 15 т/га. Можно ожидать, что общие потери почвы с эродированных и дефлированных сельскохозяйственных угодий составят приблизительно 750800 млн т, в которых содержится 32 млн т. гумуса, 4,8 млн т. валового фосфора, 60 млн т. калия, 8,8 млн т. общего азота. Это эквивалентно следующему количеству минеральных удобрений: 26,4 млн т. аммиачной селитры, 9,6 млн т. суперфосфата, 100 млн т. хлористого калия. 4

Наблюдается снижение содержания гумуса и элементов питания в почвах сельскохозяйственных угодий практически во всех регионах России. К настоящему времени 46% пахотных земель имеет низкое содержание гумуса [12].

Длительное применение почвозащитных технологий способствует увеличению содержания гумуса во всех вариантах почвозащитной обработки почвы, по сравне-

Таблица 1. Система удобрений под культуры севооборота, кг/га д.в. Table 1. Fertilizer system for crop rotation, kg / ha a.v.

Культура	основное			припосевное			подкормка
	N	P 2 O 5	K 2 O	N	P 2 O 5	K 2 O	N	P 2 O 5	K 2 O
Овёс	-	-	60	70	-	-	-	-	-
Ячмень + мн.травы	-	-	50	90	-	-	-	-	-
Мн. травы 1 г.п.	-	-	-	-	-	-	95	80	170
Мн. травы 2 г.п.	-	-	-	-	-	-	35	80	170
Озимая пшеница	55	60	120	-	15	-	55	-	-

Результаты

В настоящее время среди проблем сельского хозяйства важное место занимает деградация почвенного покрова вследствие водной эрозии. Возникновение ирригационной эрозии определяется сочетанием природных факторов и хозяйственной деятельности человека. В зависимости от почвенно-геоморфологических условий и используемой дождевальной техники величина поверхностного стока при ирригационной эрозии нередко составляет 10-20% от поливной нормы [3].

нию с исходным уровнем. Перед закладкой опыта гумуса содержалось 1,36%, через 25 лет ведения опыта в условиях Нечерноземья средневзвешенная по содержанию гумуса составила 1,65% в пахотном слое, рост составил 0,29% [4].

Нашими исследованиями установлено, что в среднем ежегодно на склоновых участках Нечерноземья почвы теряют из слоя 0-40 см с поверхностным стоком фосфора 0.7-6.0 кг/га, калия 2.3-28.9 кг/га, кальция 7.345.8 кг/га. Результаты химического анализа поверхностно стекающих вод представлены в таблице 2.

Таблица 2. Потери питательных веществ с поверхностным стоком при дождевании, m = 30 мм (в среднем за 2011-2012 годы Table 2. Loss of nutrients with surface runoff during raining, m q 30 mm (average for 2011-2012)

RanuauTлКпаКлтим Вариант обработки	Всего хим.	В том числе
	элементов, кг/га	P 2 O 5	K 2 O	Са

Крутизна склона 7%

Поверхностная	99,4	2,5	5,2	10,8
Вспашка	112,0	2,0	5,9	7,9
Вспашка + щелевание	67,7	0,7	2,3	4,6
Крутизна склона 14%
Поверхностная	286,4	6,0	28,9	45,8
Вспашка	217,9	3,4	11,6	26,7
Вспашка + щелевание	102,3	1,4	5,7	7,3

При противоэрозионных приёмах обработки почвы на склоне крутизной 7% миграция химических элементов была в 2.2 раза меньше по сравнению с аналогичными вариантами на склоне крутизной 14%. Поверхностный сток перераспределяет вещества по длине склона, следовательно, нужно это учитывать при химических мелиорациях почв склонов и осуществлять дифференцированное внесение удобрений и извести.

После проведения химического анализа пахотного слоя почвы выяснилось, что максимальное содержание гумуса, подвижных форм фосфора и обменного калия отмечается в нижней части склона, что связано с процессами смыва и намыва почвы [12].

Если говорить о влиянии обработки на содержание основных элементов питания, то наибольшее количество питательных веществ содержится при поверхностной обработке склона крутизной 7% (2.99% гумуса, 50.71 мг/кг фосфора, 49.12 мг/кг калия), а наименьшее при вспашке на склоне крутизной 14% (2.68% гумуса. 45.73 мг/кг фосфора, 44.78 мг/кг калия) [3].

Нашими исследованиями также установлено, что наибольшей плотностью (1.37-1.4 г/см3) обладала почва при поверхностной обработке, наименьшей (1.29-1.33 г/см3) – при вспашке со щелеванием (табл.3). За три года исследований плотности почвы при вспашке со щелеванием наблюдалась тенденция снижения в среднем на 1.5% (на склоне крутизной 7%) и на 2.2% (на склоне крутизной 14%).

Применение щелевания на глубину 40-50 см. оказало положительное влияние на структурное состояние эродированной почвы. Так, коэффициент структурности на этом варианте на склоне крутизной 7% составил 2.61, на склоне крутизной 14% – 2.34. Количество водопрочных агрегатов на варианте вспашки со щелевани-ем также было наибольшим (45.0 % на склоне крутизной 7%, 41.2% – на склоне крутизной 14%). С физическим состоянием почв тесно связана её водопроницаемость. Наилучшая водопроницаемость (11.3 мм/час – на склоне крутизной 14% и 12.1 мм/час – на склоне крутизной 7%) также отмечалась при вспашке со щелева-нием, наихудшая (5.7 мм/час – на склоне крутизной 14% и 6 мм/час – на склоне крутизной 7%) – при поверхностной обработке.

На основании исследований в длительном стационарном опыте нами подтверждена закономерность перераспределения гумуса, подвижных форм фосфора и обменного калия на склоновых землях.На нижних элементах склона происходит накопление питательных веществ, что связано с процессами смыва почвы и питательных веществ поверхностным стоком с верхних элементов склона. Наибольшее содержание органического вещества и питательных веществ в пахотном слое приурочено к варианту поверхностной обработки почвы на склоне крутизной 7% (2.99% гумуса, 507.1 мг/кг фосфора, 491,20 мг/кг калия). Экспериментально установлено, что вымывание калия из пахотного слоя почвы происходит интенсивнее по сравнению с другими химическими элементами.

При орошении дождеванием ежегодные потери питательных веществ с поверхностным стоком из слоя 0-40 см на склоновых землях составляют: фосфора 0.7-6.0 кг/га, калия 2.3-28.9 кг/га, кальция 4.645.8 кг/га [6, 7, 8, 15]. В вариантах противоэрозион-ных приёмов обработки почвы на склоне крутизной 7% миграция химических элементов в 2.2 раза меньше по сравнению с аналогичными вариантами на склоне крутизной 14%.

Прерывистое дождевание способствует снижению вероятности возникновения поверхностного стока и ирригационной эрозии на склоновых землях. Средняя глубина промачивания почвы при таком способе орошения наибольшая (15-18 см), а величина поверхностного стока наименьшая (2-6 мм).

При расчёте режимов орошения следует учитывать разницу в водопотреблении между верхним и нижним элементами склона, которая составляет 12-15 мм.

В верхней части склона необходимо проводить на 1-2 полива больше, чем в основании. Дифференцированные поливы позволяют экономить оросительную воду на 10-15%.

Также при проведении исследований в длительном стационарном опыте нами были определены гидротермические режимы в характерные годы (табл. 4) и оптимальные оросительные нормы, поддерживающие гидротермический коэффициент на уровне 0,91,1 и способствующие нормальному почвообразовательному процессу на склоновых землях (таблица 4). 5 . Характерные годы определялись по разности между суммой осадков и испарения.

Таблица 3. Средние величины некоторых агрофизических свойств пахотного слоя дерново-подзолистой почвы (2011-2012 годы) Table 3. Averages of some agrophysical properties of arable layer of turf-subsolous soil (2011-2012)

Вариант обработки	Плотность почвы, г/см3	Коэффициент структурности	Количество водопрочных агрегатов, %	Водопроницаемость, мм/час
Крутизна склона 7%
Поверхностная	1,37	2,68	43,3	6,0
Вспашка	1,33	2,37	39,1	6,1
Вспашка + щелевание	1,29	2,61	45,0	12,1
Крутизна склона 14%
Поверхностная	1,40	2,41	40,1	5,7
Вспашка	1,36	2,21	38,5	6,0
Вспашка + щелевание	1,33	2,34	41,2	11,3
НСР	0,05	0,32	3,69	0,44

Таблица 4. Гидротермические режимы в характерные годы Table 4. Hydrothermal modes in characteristic years

Показатели	Годы
	средне сухой	средний	сухой	средне влажный
Сумма температур >10°C	2247	2236	2416	2462
Радиационный баланс земной поверхности ®*, ккал/см2 в год	37,1	37,0	39,2	39,7
Годовая сумма осадков (ΣP), мм в год	405,5	426,6	371,5	522,0
Гидротермический коэффициент ( ) в природных условиях	1,52	1,44	1,76	1,38

Анализируя данные таблицы 4 можно сказать, что самым неблагоприятным по соотношению радиационного баланса и осадков _— был сухой год, когда гидротермический коэффициент R =1,78 вплотную приблизился к критическому значению 1,8. Наиболее близкими к оптимальным были гидр _— отермические коэффициент _— ы средне влажного года ( R = 1,38) и среднего года ( R =1,44). Поэтому, добиться оптимальных значений гидротермического коэффициента, возможно только применяя орошение.

Оросительную норму в зависимости от требуемого гидротермического режима можно рассчитать по формуле:

М = (-—-) - P,             (2)

Л на склоне крутизной 14% – 2.34. Количество водопрочных агрегатов было наибольшим (45.0% – на склоне крутизной 7%, 41.2 % – на склоне крутизной 14%).

Щелевание способствует заметному увеличению водопроницаемости почвы (она достигла 11.3 мм/час на склоне крутизной 14%, 12.1 мм/час – на склоне крутизной 7%). Это увеличивает водопоглотительную способности и способствует накоплению влаги в метровом слое почвы.

Сочетание щелевания с зяблевой вспашкой оказывает благоприятное влияние на величину плотности почвы, которая на этом варианте была наименьшей (1.29-1.33 г/см3) и за три года исследований имела тенденцию к снижению (в среднем на 1.5% – на склоне крутизной 7%, на 2.2% – на склоне крутизной 14%).

Таблица 5. Расчетные оросительные нормы (м3/га), для различных значений гидротермического коэффициента разных по обеспеченности осадками и температурой лет

Table 5. Estimated irrigation rates (m3/ha), for different values of hydrothermal coefficient different in precipitation and summer temperature cient different in precipitation and summer temperature

Годы

Гидротермический

коэффициент	средне сухой	средний	сухой	средне влажный
0,9	3230	3000	3980	2570
1,0	2500	2270	3210	1790
1,1	1900	1680	2580	1160

Из данных, приведенных в таблице 5, следует, что для обеспечения благоприятных условий почвообразования в Центральной Нечерноземной зоне РФ и произрастания растений оросительные нормы составляют в зависимости от свойств почв и вида культур для разных по обеспеченности осадками и температурой лет 11603980 м3/га в год [4]. Полученные значения оросительных норм коррелируются с рекомендуемыми размерами для средних и сухих по обеспеченности осадками и температурой лет.

Применение щелевания на глубину 40-50 см оказывает положительное влияние на структурное состояние эродированной почвы. Коэффициент структурности в этом варианте на склоне крутизной 7% составил 2.61,

Максимальная урожайность возделываемых культур (3,15 т корм. ед.) отмечена при орошении в варианте вспашки со щелеванием. Прибавка урожая овса от орошения составила в среднем 1.05-1.13 т/га, ячменя – 0.92-1.23 т/га, многолетних трав первого года пользования (сухая масса) – 0.69-1.00 т/га, при урожайности в контроле: 2.38-2.58 т/га – овёс, 1.93-2.39 т/га – ячмень, 3.09-3.2 т/га – многолетние травы.

Максимальный экономический эффект применения орошения на склоновых землях в период исследований достигнут при возделывании ячменя с подсевом многолетних трав. Дополнительные затраты на орошение в условиях засушливого вегетационного периода окупились значительной прибавкой урожая (1.35 т/га –при поверхностной обработке склона крутизной 7%, 1.33 т/га – при вспашке со щелеванием склона крутизной 14%).

В адаптивно-ландшафтных системах земледелия при разработке приёмов современных технологий возделывания сельскохозяйственных культур на дерновоподзолистых почвах Нечернозёмной зоны, на склонах южной экспозиции, крутизной 7%, 14% и протяжённостью 120 м, для получения планируемых урожаев сельскохозяйственных культур, рекомендуется производить прерывистый полив:сначала малой поливной нормой (100-300 м/га), который смачивает верхний слой почвы, вытесняет почвенный воздух, подготавливает почву к основному поливу. Для условий

Нечерноземья, рекомендуемый размер оросительной нормы для средних по обеспеченности осадками и температурой лет – 1400-1500 м3/га и 2400-2500 м3/га – для сухих лет. Такие нормы формируют оптимальные условия для почвообразовательных процессов, воспроизводства плодородия и развития растений на склоновых землях. В целях защиты от водной эрозии и деградации дерново-подзолистых почв на склонах южной экспозиции, рекомендуется проводить вспашку со щеле-ванием на глубину 40-50 см и расстоянием между щелями 7-8 м в почвозащитном севообороте с чередованием культур: 1) ячмень + многолетние травы, 2) многолетние травы, 3) многолетние травы, 4) озимые, 5) овёс.

Об авторах:

Николай Николаевич Дубенок – академик РАН, доктор с.-х. наук, профессор, заведующий кафедрой сельскохозяйственных мелиораций, лесоводства и землеустройства, Марина Владимировна Климахина – кандидат с.-х. наук, доцент кафедры сельскохозяйственных мелиораций, лесоводства и землеустройства,

Aboutthe authors:

Nikolay N.Dubenok– Academician of the RAS, Doc. Sci. (Agriculture), Professor, Head of Department of Agricultural Reclamation, Forestry and Land Management,

Marina V.Klimakhina – Cand. Sci. (Agriculture), Associate Professor of the

Department of Agricultural Land Reclamation, Forestry and Land

Management,

Elena V.Matsyganova – Cand. Sci. (Agriculture), Associate Professor of the

Department of Agricultural Land Reclamation, Forestry and Land Management,