Влияние минимальной обработки на структурное состояние почвы

Введение. Почва как гетерогенная система занимает важное место в технологической платформе возделывания сельскохозяйственных культур [1]. Важнейшим показателем ее физического состояния является структура и плотность сложения [2–4]. Плотность сложения характеризует взаимное расположение почвенных частиц и агрегатов с учетом пространства между ними. В хорошо оструктуренной почве преобладает комковато-зернистая фракция [5].

Основополагающим показателем качества структуры почвы являются агрегаты размером от 0,25 до 10 мм. Черноземы Красноярской лесостепи, обладая наличием комковато-зернис- within the financial support from the Krasnoyarsk Re-той структуры, имеют хорошие водно-физические свойства [6, 7].

Поскольку структура почвы имеет огромное агрономическое и особенно экологическое значение, вопросы сохранения и улучшения данного показателя являются весьма актуальными. В работах ряда авторов [6, 8] отмечено, что наличие в почве структурных агрегатов позволяет создать оптимальные условия водного, воздушного и пищевого режимов, гарантирующих получение стабильно высоких урожаев сельскохозяйственных культур.

Цель исследования – изучение влияния отвальной и нулевой систем основной обработки почвы на структурное состояние чернозема вы- щелоченного под посевами кукурузы в зернопаропропашном севообороте в условиях Красноярской лесостепи.

Условия, материалы и методы . Стационар был заложен в 2016 г. Изучение влияния обработки почвы на агрофизические показатели проводили в 2019–2020 гг. в стационарном полевом опыте типичной лесостепи с географическими координатами: 56°43´ с.ш. и 92°91´ в.д. на территории землепользования учебного хозяйства «Миндерлинское» Красноярского ГАУ.

Климатические условия места проведения полевых опытов характеризовались следующими показателями: минимальная температура воздуха составляет минус 1,1 °С; средняя +0,5 °С; максимальная +1,8 °С. Сумма температур выше +5 °С не превышает 2215 °С, выше +10 °С – 1750 °С. Годовое количество осадков изменялось в пределах 340–370 мм, за период май – сентябрь выпадало около 230 мм.

Вегетационные периоды 2019 и 2020 гг. характеризовались неравномерным распределением атмосферных осадков. В июне отмечалась повышенная среднемесячная температура по сравнению со среднемноголетними данными.

Объектом изучения являлся чернозем выщелоченный Красноярской лесостепи с повы- шенным содержанием гумуса (6,0–8,0 %), нейтральной реакцией почвенного раствора (рНKCl – 6,1–7,0) и тяжелосуглинистым гранулометрическим составом.

Эксперименты проводили под посевами кукурузы, высеваемой после ячменя в зернопаропропашном севообороте со следующим чередованием культур: сидеральный пар – яровая пшеница – ячмень – кукуруза – яровая пшеница. Высевали раннеспелый гибрид кукурузы Катерина СВ, агротехника возделывания – общепринятая для данной земледельческой зоны [9].

Почвенные образцы для определения структуры отбирали весной в период посева кукурузы. Макроагрегатный состав почвы определяли методом сухого просеивания по Н.И. Саввинову. Водопрочность почвенной структуры устанавливали методом «мокрого» просеивания на приборе И.М. Бакшеева. Математическая обработка экспериментальных данных проводилась по Б.А. Доспехову [10].

Представлены результаты изучения изменения структурного состояния в почве варианта с проведением вспашки и без основной обработки.

Повторность в опыте – 4-кратная.

Рис. 1. Опытное поле кафедры общего земледелия и защиты растений в учебно-опытном хозяйстве «Миндерлинское»

Результаты и их обсуждение. Одним из важнейших количественных показателей структуры почвы является содержание воздушносухих агрегатов различного размера (рис. 2).

Как известно, в зависимости от содержания наиболее ценных макроагрегатов (размером от 0,25 до 10 мм) дается оценка структурного состояния исследуемой почвы по шкале, приведенной В.Р. Вильямсом [11]. Если в почве со- держится более 80 % агрономически ценных агрегатов, то структурное состояние оценивается как отличное; 60–80 % – хорошее; 40–59 % – удовлетворительное и менее 30 % – неудовлетворительное. Результаты представленных на рисунке 2 исследований свидетельствуют, что на варианте с отвальной вспашкой структурное состояние почвы всех исследуемых горизонтов соответствует хорошей оценке.

Более предпочтительно по содержанию агрономически ценных агрегатов выглядит вариант без проведения основной обработки почвы.

Обращает на себя внимание тот факт, что содержание наиболее ценных агрегатов по всему пахотному слою на варианте с отвальной вспашкой практически одинаковое.

■ 0-10 см

■ 10-20 см

■ 20-30 см

■ 0-30 см обработки                        обработки

Рис. 2. Содержание агрегатов в почве перед посевом кукурузы (среднее за 2019–2020 гг.), %

Это может быть связано с тем, что в процессе проведения отвальной вспашки горизонты равномерно перемешиваются и почва приобретает более однородную структуру.

Для оценки макроагрегатного состава отдельных почвенных образцов используется коэффициент структурности, который определяется отношением агрономически ценных макроагрегатов размером от 0,25 до 10 мм и менее ценных (суммарное содержание агрегатов размером более 10 мм и менее 0,25 мм). Максимальное значение коэффициента структурности отмечено в почве варианта без проведения основной обработки почвы. Если на варианте с отвальной обработкой коэффициент структурности в слое 0–30 см составляет 2,89, то при отказе от проведения основной обработки почвы этот показатель возрастает до 5,36 (табл. 1).

В хорошо оструктуренной почве имеются достаточные для растений запасы доступной почвенной влаги, оптимальные условия воздушного и теплового режимов, способствующих накоплению элементов питания. Такие почвы хорошо и с высоким качеством обрабатываются сельскохозяйственными машинами.

Важнейшим свойством почвы является ее противоэрозионная устойчивость, которая препятствует разрушению и сносу верхних, наиболее плодородных горизонтов в результате действия воды и ветра. При этом принимается во внимание наличие в почве агрегатов размером более 1 мм.

Ветроустойчивость почвы определяется содержанием агрегатов размером более 1 мм. Оценивая исследуемую почву с точки зрения сопротивления дефляции можно отметить, что наиболее устойчивым является вариант без проведения основной обработки. Ветроустойчивость почвы в слое 0–10 см составляет 77 %, а в слое 10–30 см – около 79 %. Ветроустойчивость почвы варианта с проведением отвальной обработки не превышала 45 % в слое 0–10 см и 53–58 % – в слое почвы 10–30 см. Это говорит о том, что почва верхнего, наиболее уязвимого слоя 0–10 см на варианте вспашки неустойчива к воздействию ветра.

Наиболее объективным показателем структурного состояния является водопрочность агрегатов, характеризующих устойчивость почвы к размывающему воздействию воды. Поскольку вода является обязательным условием роста и развития растений, она постоянно присутствует в почве, а наличие легко размываемых водой структурных отдельностей резко ухудшает условия жизни сельскохозяйственных культур.

Все дело в том, что в условиях сельскохозяйственного производства в результате интенсивного выпадения атмосферных осадков образуются пылеватые мелкие фракции размером менее 0,25 мм, что значительно ухудшает условия жизни растений и снижает урожай. Наличие же водопрочных агрегатов позволяет сохранить оптимальными воздушный, тепловой и питательный режимы. Поэтому создание агрономически ценной водопрочной структуры является одной из главных задач агротехнических мероприятий в земледелии.

Результаты определения наличия водопрочных агрегатов в почве исследуемых вариантов представлены в таблице 1.

Таблица 1

Вариант	Слой почвы, см	Коэффициент структурности	Водопрочные агрегаты, %	Коэффициент водопрочности
Вспашка на 20–22 см	0–10	2,60	65,28	1,88
	10–20	2,72	57,16	1,37
	20–30	3,34	59,66	1,53
	0–30	2,89	60,70	1,59
Без обработки	0–10	3,62	74,80	3,03
	10–20	7,64	80,33	4,13
	20–30	4,83	77,30	3,44
	0–30	5,36	77,48	3,53

Структурное состояние почвы перед посевом кукурузы в среднем за годы исследований

Характеризуя агрегатное состояние почвы исследуемых вариантов с точки зрения устойчивости их к воздействию водой можно отметить, что отказ от проведения отвальной обработки почвы положительно сказывается на содержании в почве водопрочных агрегатов. В частности, в слое почвы 0–30 см количество водопрочных агрегатов увеличилось на 16,8 % по сравнению с аналогичным слоем почвы варианта с отвальной вспашкой, а коэффициент водопрочности повысился с 1,6 до 3,5. В слое почвы 10–20 см это превышение составило 23,2 %.

Коэффициент водопрочности структуры почвы рассчитывают как отношение водопрочных агрегатов к количеству неводопрочных. Анализ полученных данных показывает, что в почве варианта с отвальной вспашкой показатель во-допрочности значительно ниже, чем в почве варианта без проведения основной обработки.

В то же время установлено, что урожайность зеленой массы кукурузы на варианте с вспашкой существенно превышает аналогичный показатель варианта с отказом от ее проведения (рис. 3). Разница между урожайностью зеленой массы кукурузы на исследуемых вариантах составляет на неудобренном и удобренном фонах соответственно 138 и 224,5 ц/га, что существенно превышает НСР 05 в2,2 и 3,4 раза соответственно.

Рис. 3. Урожайность зеленой массы кукурузы (среднее за годы исследований), ц/га

Негативное влияние на продуктивность зеленой массы кукурузы в данном случае оказало повышенное количество сорных растений на варианте без проведения вспашки [12].

Заключение. Минимализация основной обработки почвы способствует росту содержания агрономически ценных агрегатов размером 0,25–10,0 мм в слое почвы 0–30 см, что повышает противоэрозионную устойчивость почвы. При этом количество водопрочных агрегатов увеличилось на 16,8 % по сравнению с аналогичным слоем почвы варианта отвальной вспашки, а коэффициент водопрочности повысился с 1,6 до 3,5.

В то же время отказ от проведения основной обработки почвы посредством вспашки приводит к снижению урожайности зеленой массы кукурузы как на неудобренном, так и на удобренном фоне по сравнению с вариантом отвальной вспашки. Это обстоятельство требует дополнительной научной проработки новых, современных приемов бесплужной обработки почвы и проведения полевых испытаний.