Сезонная динамика свойств агрочернозема при возделывании ярового рапса на маслосемена

Введение . Рапс является одной из ведущих культур мирового земледелия. За последнюю четверть века его посевные площади увеличились во многих странах мира. Ценность ярового рапса как сельскохозяйственной культуры определяется его продовольственным, кормовым, техническим, агротехническим и экологическим значением. Из него получают дешевое пищевое растительное масло, высококачественные корма, биотопливо [1]. Преимуществом рапса также является высокая агрономическая ценность как предшественника в севообороте, заключающаяся в выполнении средообразующей и фитосанитарной роли, что особенно важно для современного сельского хозяйства [2–4]. Эта культура рано освобождает поле, оставляет после себя до 4,0 т/га растительных остатков, разрыхляет почву, улучшает ее структурное состояние, уменьшает засоренность полей. Корневая система рапса, проникая в подпахотный слой, выносит на поверхность питательные вещества [5–7].

Производство высококачественных маслосемян в условиях Сибири – задача сложная, решение которой зависит не только от правильно подобранных сортов и агротехники, но и от погодных и почвенных условий [8, 9]. Именно черноземные почвы способны обеспечивать сельскохозяйственным культурам оптимальные условия произрастания и повышать их устойчивость к экстремальным условиям вегетации [10]. Возделывание ярового рапса на семена практически невозможно без эффективной системы защиты от сорняков и вредителей. Для снижения численности и вредоносности сорных растений и фитофагов необходима комплексная система защиты, включающая применение инсектицидов и гербицидов, что может оказать существенное воздействие на функционирование почвы. Таким образом, исследование свойств почв, почвенных режимов при возделывании ярового рапса на черноземах позволит определить пути агромелиоративного воздействия культуры на почву для повышения уровня их плодородия.

Цель исследований. Изучение особенностей сезонной динамики агрофизических и агрохимических свойств агрочернозема при возделыва- нии ярового рапса на маслосемена в условиях Красноярской лесостепи.

Объекты и методы исследований. Исследования проведены в 2018 г. в полевом опыте на базе учебного хозяйства «Миндерлинское» Красноярского государственного аграрного университета в Красноярской лесостепи (56º с.ш., 92º в.д.).

Красноярская лесостепь, где проводились полевые исследования, входит в центральную сельскохозяйственную территорию края, расположенную преимущественно по левобережью Енисея, к северу от Красноярска. Большая удаленность от океана накладывает определенный отпечаток на климат зоны, который характеризуется резкой континентальностью. На этой территории выпадает 350–450 мм осадков в год. Среднегодовая температура воздуха изменяется от 0,5 до 1,3 ºС, иногда понижаясь до минус 2 ºС. Продолжительность периода биологической активности варьирует от 90 до 115 суток. Сумма активных температур составляет 1550–1800 ºС, почва промерзает на глубину 1,5–3,0 м.

Объект исследования – комплекс агрочерноземов глинисто-иллювиальных типичных и агрочерноземов криогенно-мицелярных тяжелосуглинистого гранулометрического состава и яровой рапс. На видовом уровне почвы опытного участка характеризовались как маломощные и мощные с высоким и очень высоким содержанием гумуса (8,6–11,1 %), нейтральной реакцией среды (рН_Н2О – 6,7–6,9), высокой суммой обменных оснований (55–62 мг-экв/100 г). В пахотном слое черноземов содержалось 152,0–316,0 мг/кг Р 2 О 5 , 178,0–288,0 мг/кг К 2 О [11].

Изучение сезонной динамики агрофизических и агрохимических свойств пахотных черноземов проводили в посевах рапса сорта Надежный 92, идущих по паровому предшественнику. Яровой рапс возделывался в условиях полной комплексной защиты с применением гербицидов Квикстеп, Галион и Эсток; инсектицида Борей и фунгицида Колосаль Про. Доза каждого из используемых препаратов соответствовала рекомендациям производителя. Органические и минеральные удобрения не применялись. Предпосевная обработка семян рапса осуществлялась за один день до его посева. Посев рапса на маслосемена проведен 17 мая.

Отбор почвенных образцов на агрофизические и агрохимические показатели проводили в слое 0–20 см в фазу начала всходов (июнь), цветения (июль), формирования стручков (август) и созревания (сентябрь) рапса. Учетная площадь делянки – 100 м2. Повторность отбора образцов на агрофизические свойства – 3-кратная. Агрохимические показатели определяли в смешанных образцах, составленных из 10 индивидуальных проб. В образцах определяли: плотность сложения по Н.А. Качинскому; влажность – термовесовым методом [12]; структурный состав – по Н.И. Саввинову [13]; нитратный, аммонийный азот – колориметрическим методом, легкогидролизуемый азот – по Корнфилду, подвижный фосфор и обменный калий по Чирикову [14]. Статистическая обработка полученных результатов проведена методами дисперсионного анализа и описательной статистики [15] с использованием программы MS Excel.

Результаты исследований и их обсуждение. Вегетационный сезон 2018 г. характеризовался как теплый и острозасушливый. Начало вегетационного периода сопровождалось высокой среднесуточной температурой воздуха и небольшим количеством осадков. Особенно критическим для роста и развития растений оказа- лись июль и август. В этот период при средней температуре воздуха, близкой к норме в июле и превышающей среднемноголетние показатели на 3 °С в августе, выпало всего 15–21 мм осадков соответственно, что ниже нормы на 78–66 %.

Засушливые условия вегетации ярового рапса отмечались и в начальные периоды развития культуры, когда количество осадков составило 66 % к норме. В связи с характером погоды сезонная динамика запасов продуктивной влаги в вегетационный сезон отличалась высокой изменчивостью (Cv = 59 %) (табл. 1). Запасы продуктивной влаги, накопленные в 0–20 см слое агрочернозема тяжелосуглинистого гранулометрического состава, свидетельствовали об удовлетворительной обеспеченности почвы к началу вегетации рапса (26 мм). Острозасушливые условия июня и июля способствовали существенному снижению запасов продуктивной влаги в почве. В период цветения ярового рапса они оценивались как плохие (6 мм). Важно отметить, что небольшие запасы влаги (< 20 мм) в 0–20 см слое агрочернозема сохранились до конца вегетации рапса, что обусловлено интенсивным выносом продуктивной влаги культурой и засушливыми условиями вегетационного периода.

Таблица 1

Динамика агрофизических свойств агрочернозема в посевах рапса (0–20 см)

Примечание : Хср – среднее арифметическое; Cv , % – коэффициент варьирования.

Плотность сложения, характеризуя взаимное расположение почвенных частиц и агрегатов с учетом пространства между ними, оказывает влияние на поглощение влаги, газообмен, развитие корневой системы растений и интенсивность микробиологических процессов. Формирование мощной разветвленной корневой системы рапса определило рыхлящий эффект культуры, проявляющийся от всходов до уборки. Плотность сложения агрочерноземов в течение вегетационного сезона изменялась от 0,77 до 1,06 г/см3, что позволяет считать почву рыхлой и нормально сложенной (Cv = 14 %). Отлично оструктуренная почва от начала вегета- ции ярового рапса до плодоношения отличалась господством комковато-зернистых отдельностей размером 2–1 мм (27–31 %). Содержание крупных агрегатов >10 мм составляло 14–27 % от массы пахотного слоя. Отлично отструктуренная почва с повышением влажности в сентябре становится хорошо оструктуренной (60 %).

Развитие растений и почвенных микроорганизмов, скорость и направленность происходящих в почве химических и биохимических процессов, усвоение растениями питательных веществ, минерализация органических веществ, разложение почвенных минералов, растворение труднорас- творимых соединений и другие физико-химические процессы определяются реакцией почвы. Исследованиями установлено, что реакция почвенного раствора в черноземе являлась нейтральной, что характерно для этого подтипа. Величина рНн2о под посевами рапса изменялась в течение вегетационного сезона от 7,2 до 7,3 ед. рН с незначительной величиной варьирования, не превышающей 1 % (табл. 2). Это позволяет заключить, что реакция почвенного раствора в черноземах при возделывании ярового рапса на фоне комплексной защиты растений является устойчивым во времени показателем.

Рапс особенно требователен к уровню азотного питания. Азот влияет на число завязей боковых побегов растений и завязываемых цветков рапса. При этом избыток азота может спровоцировать и обратный эффект. На создание 1 т семян и соответствующее количество побочной продукции затрачивается в среднем 60 кг азота, а для получения 30–40 ц/га семян рапса требуется 180–240 кг/га азота. Потребление азота рапсом зависит от его сортовых особенностей, содержания доступного для растений минерального азота в почве в начале их роста, текущей минерализации органического азота почвы во время вегетации и доз азотных удобрений.

Определение легкогидролизуемого азота, являющегося ближайшим резервом азотного питания растений, показало различную обеспеченность агрочернозема гидролизуемыми органическими формами. Среднестатистическое содержание этой формы азота составило 102 мг/кг при варьировании от низкой до средней обеспеченности. В период цветения-созревания семян рапса отмечено пополнение фонда легкогидролизуемого азота, обусловленное отмиранием корней и части надземной массы культуры. Сильная отрицательная связь между влажностью почвы и содержанием легкогидролизуемого азота (r = -0,76) свидетельствовала об усилении минерализационных процессов в почве и переходе легкогидролизуемого азота в минеральную форму.

Таблица 2

Динамика агрохимических свойств агрочернозема в посевах рапса (0–20 см)

В почвенных условиях роль аммонийного и нитратного азота в питании растений далеко не одинакова. Процесс аммонификации чрезвычайно распространен в почвах и осуществляется большим числом микроорганизмов. Увеличение обеспеченности аммонийным азотом от средней в период всходов рапса (12 мг/кг) до очень высокой к периоду созревания семян (26 мг/кг) свидетельствовало о его накоплении в почве. Причиной этого являлась слабая интенсивность нитрифика-ционных процессов в засушливых условиях вегетации рапса. Установлено, что влажность почвы на 94 % определяла динамику аммонийного азота в посевах масличной культуры. Основной формой азота, используемого для питания растений ярового рапса явилась нитратная форма. Высокое сезонное варьирование (Сv = 55 %) сопровождалось в среднем низкой обеспеченностью агрочернозема нитратной формой азота (6 мг/кг).

Динамика подвижного фосфора в агрочерноземе при возделывании ярового рапса сопровождалась низкой обеспеченностью почвы в период «всходы – цветение» (100–123 мг/кг). В фазу формирования и созревания стручков отмечено пополнение почвенного раствора подвижными фосфатами до 150 мг/кг, что соответствовало среднему уровню обеспеченности. Потребность рапса в фосфоре в течение вегетации неодинакова: от появления всходов до образования розетки она составляет 10 %; от фазы стеблевания ярового рапса до конца цветения – 70 %; от конца цветения, до созревания семян – 20 % от общего потребления данного элемента [16]. Снижение интенсивности поглощения элементов питания в этот межфазный период [17] и действие хорошо развитой корневой системы рапса, которая способна выносить в верхний слой почвы доступный для растений фосфор [18], явились факторами увеличения содержания подвижного фосфора в агрочерноземе. Характер сезонной динамики обменного калия в почве определялся условиями увлажнения вегетационного сезона (r = -0,73). На фоне очень высокой обеспеченности почвы обменным калием снижение его содержания до 190 мг/кг пришлось на период формирования стручков, что обусловлено как интенсивным потреблением данного элемента растениями в это время, так и процессами его фиксации в засушливых условиях августа.

Выводы . Функционирование агроценоза ярового рапса в засушливых условиях вегетационного сезона определило рыхлое сложение и отличную оструктуренность агрочернозема. Динамические изменения агрохимических показателей на 51–96 % сопряжены с условиями увлажнения почвы и особенностями потребления и выноса питательных веществ растениями рапса в течение вегетации. Высокая обеспеченность почвы в период созревания семян ярового рапса аммонийным азотом, средняя подвижным фосфором и очень высокая обменным калием свидетельствуют об агромелиоративном воздействии культуры на почву и сохранении ее плодородия.