Влияние основной обработки парового предшественника на обеспеченность почвы азотом и урожайность пшеницы в Красноярской лесостепи

Продуктивность сельскохозяйственных культур обусловлена комплексом природных и агротехнических факторов, ведущая роль принадлежит обеспеченности почвы элементами питания, прежде всего азотом. Интенсивность процессов аммонификации и нитрификации, высокая обеспеченность почвы минеральным, особенно нитратным, азотом – индикаторы, отражающие воздействие огромного количества факторов на почву. Кроме того, они свидетельствуют о культурном состоянии почвы, используемой в сельскохозяйственном производстве [1].

Для сокращения энергетических и трудовых затрат, предотвращения всех видов эрозии внедряют более совершенные агротехнологии с увеличением объемов средств защиты растений и минимизацией обработки почвы. Суждения о влиянии основной обработки на накопление доступного для растений азота и урожайность зерновых в научных исследованиях противоречивы.

Многие авторы отмечают: при минимизации обработок почвы доля подвижных минеральных соединений азота в ней уменьшается, микробиологическая активность снижается, а потери от денитрификации возрастают [2–4]. Так, В.Г. Холмовым [5] в многолетних опытах на черноземе выщелоченном Омской области установлено, что систематическая минимальная обработка ухудшает условия для развития нитрификато-ров, вследствие этого ухудшается азотное питание в сравнении со вспашкой. В длительном стационарном опыте в СибНИИСХ автор также отмечает, что на полях без хи-

мизации по биометрическим показателям основных элементов преимущество за вариантами с отвальной обработкой. Однако на фоне комплексной химизации наибольшая урожайность зафиксирована при плоскорезной обработке почвы [6]. Исследованиями А.Н. Власенко с соавторами также установлен факт уменьшения накопления минерального азота в 1,2–1,3 раза [7] и снижения валового азота на 10–24% [8] при переходе от вспашки к безотвальным обработкам почвы и дальнейшей ее минимизации. Различия по урожайности зафиксированы только на экстенсивном фоне, при комплексной химизации урожайность не зависела от систем основной обработки почвы [9]. Исследования азотного режима чернозема выщелоченного, проводимые в южной лесостепи Западной Сибири Г.П. Гамзиковым, также свидетельствуют: при сокращении механических обработок за период парования в почве накапливается в 1,3 раза меньше нитратов, чем при вспашке [10]. Происходит это в результате ухудшения условий для развития нит-рификаторов. Систематическое применение минимальной обработки способствует ухудшению аэрации, развитию восстановительных процессов в почве, что приводит к увеличению газообразных потерь, снижению интенсивности разложения органического вещества, увеличению содержания устойчивых к гидролизу форм азота. По исследованиям Н.Н. Мальцева [11]: лучшие системы обработки парового черноземного поля под посев зерновых – отвальные. Несущественно уступают по уровню урожайности плоскорезные системы. Зафиксировано влияние погодных условий: в засушливые годы повышенное содержание нитратного азота фиксируется при минимальных обработках, в умеренные – после вспашки. По результатам исследований И.Н. Шаркова [12]: в лесостепи Западной Сибири минимизация обработки существенно не сказывается на количестве минерализующегося почвенного азота, небольшое снижение можно ожидать в первые 3–5 лет после перехода к минимальным обработкам. В дальнейшем за счет изменения в структуре органического вещества почвы среднегодовые масштабы минерализации почвенного азота выравниваются. В большинстве работ наиболее вероятной причиной снижения его содержания в почве на фоне минимальных обработок указывают повышенную засоренность посевов [13].

Поэтому оценка обеспеченности почв азотом, выявление причин снижения активности нитрификации и совершенствование систем основной обработки почвы с учетом этого фактора актуальны и востребованны. Цель работы – оценка влияния способов основной обработки почвы парового предшественника на содержание минерального азота и формирование урожайности яровой пшеницы.

Материалы и методы

Полевой производственный опыт заложен в паровом поле в 2017 г. на территории ООО «СХП «Дары Малиновки» Сухобузимского района Красноярского края.

Почва опытного участка – чернозем выщелоченный тяжелосуглинистый. Содержание гумуса повышенное (6,4%), подвижного фосфора и обменного калия – очень высокое, рН солевой вытяжки – 6,4 единицы и свидетельствует о нейтральной реакции.

Изучали три способа основной обработки парового поля: вспашку с последующим боронованием и культивацией (традиционная) и ресурсосберегающие обработки (культивацию и дискование). Вспашку проводили плугом Gregoire Besson SPLM B9 на глубину 25–27 см, мелкие обработки осуществляли дискатором БДМ-Агро 6x4П и культиватором Ярославич КБМ-10,8 ПС-4 на глубину 10–12 см.

Все варианты изучены по фону без применения средств химизации. Повторность опыта – трехкратная.

Весной 2018 г. на всех видах основной обработки выполнили ранневесенние боронование (борона Veles БТ-18) и посев (пшеница Новосибирская-31 ЭС) комбинированным посевным комплектом Amazone DMC PRIMERA 9000.

На всех вариантах опыта в течение трех сроков (май, июль, октябрь) отбирали смешанные (представительные) образцы в 5-кратной повторности для определения нитратного (N-NO 3 ) и аммонийного (N-NН 4 ) азота в слое почвы 0–20 и 20–40 см по методу ЦИНАО.

Проведен учет морфобиометрических показателей растений пшеницы (высота растений, длина колоса), определены элементы структуры урожая (число колосков, число зерен, масса 1000 зерен), учтена биологическая и хозяйственная урожайность всех вариантов опыта. Однофазная уборка осуществлена зерноуборочным комбайном ACROS 585.

Выполнена статистическая обработка данных и корреляционный анализ с использованием программы MS Excel.

Результаты исследований

Годы проведения исследования различались по погодным условиям (табл. 1).

Теплообеспеченность периода вегетации 2017 г. – высокая с теплым маем и суммой активных температур на 187,4ºС больше нормы.

Май 2018 г. был ближе к среднемноголетним показателям (на 56,7ºС выше нормы). В дальнейшем сумма активных температур увеличивалась, привело это к аномальной летней жаре. Особенно критическим был июнь: сумма активных температур на 150ºС превышала среднестатистические данные.

Таблица 1 Агроклиматические условия, 2017–2018 гг.

Период наблюдений	Т сумма > 10, ºС	Кол-во осадков, мм	Т сумма > 10, ºС	Кол-во осадков, мм	Т сумма > 10, ºС	Кол-во осадков, мм
	Среднемноголетние данные		За период вегетации 2017 г.		За период вегетации 2018 г.
Апрель	–	17,0	67,9	22,3	43,5	13,4
Май	89,6	36,0	277,0	27,7	146,3	29,0
Июнь	468,0	48,0	593,9	20,2	618,0	29,1
Июль	567,3	68,0	606,0	78,5	574,0	32,5
Август	452,6	62,0	511,1	81,0	569,3	20,7
Сентябрь	49,5	43,0	116,8	78,8	209,7	55,3
Сумма	1627,0	274,0	2172,7	308,5	2160,8	180,0

В сентябре 2017 г. – резкая смена прохладных и теплых дней с суммой температур на 67,3ºС выше нормы. Осень 2018 г. была долгой и очень теплой при сумме температур > 10ºС на 160,2ºС выше нормы.

Для мая – июня 2017 г. характерен дефицит влаги (на 36,1 мм ниже нормы), в августе – сентябре зафиксировано повышенное увлажнение с выпадением 51,8% осадков от всего периода вегетации.

Весь вегетационный сезон 2018 г. отмечен крайне засушливыми условиями. Отношение суммы годовых осадков и среднемноголетних данных – всего 65,7% нормы.

По анализу почвенных образцов июльского срока отбора 2017 г.: максимальная обеспеченность нитратным азотом зафиксирована после проведения глубокой вспашки парового поля, когда минимальное содержание N-NO 3 было не ниже 17,3 мг/кг почвы (табл. 2).

Таблица 2

Результаты статистического анализа данных по содержанию нитратного (N-NO₃) и аммонийного (N-NH 4 ) азота в слое 0–20 см, 2017 г.

Показатель	Минеральный азот, мг/кг почвы
	N-NO 3                  1		N-NH 4
	Дата отбора
	25.07         \	31.10         \	25.07         \	31.10
Вспашка
Среднее	19,2 ± 1,0	8,3 ± 1,4	5,8 ± 0,6	16,1 ± 1,7
Минимум	17,3	3,5	5,0	6,2
Максимум	21,5	13,1	7,4	18,9
Дискование
Среднее	13,9 ± 1,9	16,2 ± 1,9	4,5 ± 0,5	13,0±1,9
Минимум	10,9	10,8	3,5	8,8
Максимум	19,7	24,3	5,9	19,0
Культивация
Среднее	6,3 ± 0,9	14,9 ± 1,5	4,4 ± 0,7	15,3 ± 2,6
Минимум	4,5	11,8	3,1	1,4
Максимум	8,5	21,9	5,7	19,4

При замене вспашки на обработку дискатором среднее содержание нитратного азота составляло 13,9 мг/кг почвы, свидетельствуя о повышенной степени обеспеченности. При проведении культивации в качестве основной обработки предшествующего пара установлена низкая обеспеченность почвы N-NO 3 .

Его снижение в варианте с отвальной обработкой в слое 0–20 см при осеннем сроке отбора отражает миграционные процессы этой формы азота под влиянием обильного количества осадков осени 2017 г. Содержание нитратного азота варьирует от 3,5 до 13,1 мг/кг. В 46,7% случаев для почвы характерны низкая и в 33,3% средняя обеспеченность им. Повышение уровня его содержания в почве зафиксировано в варианте с дискованием, где количество нитратов в среднем возросло до 16,2 мг/кг. В этом варианте 46,7% проанализированных образцов с повышенным содержанием, 33,3% – с высоким, среднее содержание только у 6,7% отобранных почвенных проб. Применение культивации в качестве основной обработки приводит к повышению содержания N-NO 3 (66,7% образцов).

Разница между вариантами по динамике содержания аммонийного азота в 2017 г. невысокая. Минимальное количество отмечено в середине вегетации, при июльском отборе. К осени (октябрь) наблюдается существенное повышение N-NH 4 в почве.

Анализ результатов исследований 2018 г. свидетельствует, что практически в течение всего периода вегетации наибольшее количество нитратного азота в слое почвы 0–20 см обнаружено при обработке культиватором (табл. 3). Количество нитратного азота при майском сроке отбора на этом варианте было выше в сравнении с дискованием и вспашкой.

Независимо от способа обработки почвы парового предшественника, в середине вегетации (июль) содержание нитратного азота достигло максимальных значений. К осеннему сроку его минимальное содержание установлено в почве пара, обработанного отвально, это связано с более интенсивным выносом азота яровой пшеницей в этом варианте. Различия по содержанию N-NO 3 между вариантами с мелкими обработками в этот срок несущественные (13,2 и 13,4 мг/кг почвы).

Во всех вариантах обработок в слое почвы 0–20 см установлена тенденция уменьшения содержания аммонийного азота к осеннему сроку. Различия между спосо- бами обработки почвы по содержанию N-NH4 во все сроки отбора незначительные, для почв характерна средняя обеспеченность.

Таблица 3

Результаты статистического анализа данных по содержанию нитратного (N-NO 3 ) и аммонийного (N-NH 4 ) азота в слое 0–20 см, 2018 г.

Показатель	Минеральный азот, мг/кг почвы
	N-NO 3                   1			N-NH 4
	Дата о			тбора
	15.05	18.07	13.10	15.05	18.07	13.10
Вспашка
Среднее	10,9 ± 1,8	12,7 ± 2,1	11,1 ± 1,8	13,1 ± 3,3	12,3 ± 2,4	10,8 ± 1,1
Минимум	8,3	11,0	8,0	10,4	9,1	9,1
Максимум	12,9	16,5	12,8	18,9	15,3	12,3
Дискование
Среднее	11,9 ± 1,9	13,7 ± 2,0	13,4 ± 1,9	12,8 ± 1,7	10,8 ± 2,4	9,7 ± 2,7
Минимум	10,9	11,5	12,0	10,7	8,6	6,1
Максимум	14,3	15,2	15,7	14,0	12,9	11,8
Культивация
Среднее	14,4 ± 2,2	15,7 ± 2,8	13,2 ± 2,3	13,5 ± 3,0	12,5 ± 2,4	11,8 ± 3,2
Минимум	12,2	13,2	11,1	9,3	9,9	7,3
Максимум	16,8	18,8	16,1	15,1	14,3	13,7

Зафиксировано положительное влияние отвальной обработки пара на содержание нитратов в слое 20–40 см (табл. 4).

Таблица 4

Результаты статистического анализа данных по содержанию нитратного (N-NO3) и аммонийного (N-NH4) азота в слое 20–40 см, 2018 г.

Показатель	Минеральный азот, мг/кг почвы
	N-NO 3                   1			N-NH 4
	Дата отбора
	15.05	18.07	13.10	15.05	18.07	13.10
Вспашка
Среднее	7,1 ± 3,7	10,6 ± 2,1	16,3 ± 5,4	10,5 ± 3,6	13,0 ± 1,7	12,5 ± 4,1
Минимум	4,0	9,1	11,0	7,2	11,4	8,3
Максимум	11,0	13,2	22,2	13,7	14,4	17,4
Дискование
Среднее	9,8 ± 3,7	9,9 ± 1,5	12,9 ± 1,7	11,7 ± 5,3	11,9 ± 4,4	12,6 ± 1,9
Минимум	6,5	8,2	11,8	4,7	6,5	10,5
Максимум	13,4	11,3	14,9	14,9	16,1	14,4
Культивация
Среднее	9,8 ± 1,5	12,2 ± 3,3	10,9 ± 2,1	13,0 ± 2,4	11,8 ± 2,4	9,2 ± 6,1
Минимум	8,1	8,8	8,9	10,1	9,5	1,2
Максимум	11,3	15,0	12,4	14,9	14,9	12,9

В течение летнего периода по сравнению с весенним сроком содержание нитратного азота в слое 20–40 см на фоне отвальной обработки увеличивалось в 2,3 раза и составило к концу вегетации 16,3 мг/кг почвы, что соответствует высокой обеспеченности. Это зависело от особенностей температурного режима в течение вегетации 2018 г., когда вследствие аномальной засухи вектор движения влаги в почвенном профиле направлен преимущественно вверх. Нитраты, вымытые в нижележащие слои обильными осадками 2017 г., могли снова подтянуться в пахотный слой. При использовании мелких обработок содержание нитратного азота в слое почвы 20–40 см несколько ниже, чем при вспашке.

Отмечено незначительное повышение содержания этой формы азота от весенних к осенним срокам отбора при использовании дискования и вспашки. В варианте с культивацией установлено снижение содержания аммонийного азота от майского к октябрьскому периоду, когда его минимальное количество было обнаружено в осенний срок.

Морфобиометрические показатели растений пшеницы при разных способах основной обработки почвы предшествующего пара представлены в табл. 5. Установлено, что при выращивании пшеницы на фоне вспашки, в сравнении с мелкими обработками, формируется самый лучший габитус растений. Их высота в течение вегетации, как правило, отражает условия азотного питания.

Самые высокие растения пшеницы зафиксированы при отвальной обработке почвы (82,8 см). Минимальная высота установлена на полях с обработкой дискатором (63,7 см).

Таблица 5

Результаты статистического анализа морфобиометрических показателей яровой пшеницы, выращенной при разных способах обработки почвы

Показатель	Высота растения, см	Длина колоса, см	Число колосков, шт.	Число зерен, шт.	Масса 1000 зерен, г
Вспашка
Среднее	82,8 ± 5,6	8,9 ± 0,9	12,5 ± 0,9	24,1 ± 2,7	33,5 ± 1,8
Минимум	76,2	7,5	11,0	21,7	31,2
Максимум	89,5	9,9	13,4	28,2	36,5
Дискование
Среднее	63,7 ± 9,2	7,9 ± 0,6	10,5 ± 0,8	17,4 ± 3,4	28,2 ± 3,2
Минимум	57,6	7,2	9,4	14,2	26,6
Максимум	76,2	8,4	11,0	21,7	32,6
Культивация
Среднее	77,8 ± 7,1	7,3 ± 1,0	10,6 ± 1,4	19,9 ± 5,7	32,3 ± 2,4
Минимум	67,9	6,0	9,0	16,5	29,8
Максимум	82,3	8,1	12,1	27,9	35,1

Однако достоверного влияния содержания нитратного азота на высоту растений не выявлено. По-видимому, на биометрический показатель воздействовали другие факторы, например, неоптимальные значения плотности сложения, характерные для условий засушливых вегетационных периодов. Это может также приводить к уменьшению влагозапасов в почве, лимитирующих рост и развитие растений.

Важным морфометрическим показателем является длина колоса. При недостатке питания колос укорачивается. С длиной колоса статистически связано число колосков, о чем свидетельствует высокое значение коэффициента корреляции r = 0,86. Число колосков, в свою очередь, положительно влияет на количество зерен в колосе (r = 0,87).

Применение отвальной вспашки парового предшественника способствовало повышению урожайности яровой пшеницы Новосибирская 15, на этом варианте она составила 25,8 ц/га (табл. 6).

Таблица 6 Урожайность пшеницы Новосибирская-31 в зависимости от основной обработки парового предшественника (при n = 3), 2018 г.

Прием обработки почвы	Урожайность, ц/га
Вспашка	25,8
Дискование	18,2
Культивация	20,3
НСР 05	3,82

На вариантах с посевом пшеницы по пару, обработанному культиватором, урожайность была на 5,5 ц/га ниже в сравнении с отвальной обработкой почвы. При обработке дискатором получен самый низкий уровень урожайности яровой пшеницы. Таким образом, после вспашки в почве складываются благоприятные условия азотного питания, положительно влияющие на величину урожайности пшеницы. В то же время для формирования такой продуктивности растения выносят из почвы большое количество азота, это уменьшает его содержание при отвальной обработке по сравнению с ресурсосберегающими.

Заключение

Обеспеченность почв минеральными формами азота во многом обусловлена погодными условиями.

При неустойчивом избыточном осеннем увлажнении преимущество у мелких обработок по сравнению с отвальной обработкой почвы. При обильных осадках осени 2017 г. и миграции нитратного азота в нижележащие слои почвы в вариантах со вспашкой пара (по сравнению с ресурсосберегающими обработками) содержание нитратного азота существенно снижается.

В динамике установлены увеличение содержания минерального азота в почве на всех вариантах обработок парового предшественника от весны к середине лета и некоторое снижение к осени.

Самая высокая статистически достоверная урожайность яровой пшеницы – в варианте с отвальной обработкой почвы. Для формирования такого уровня урожая требуется более высокий вынос азота, это приводит к уменьшению его минеральных форм в данном варианте, зафиксированному при проведении почвенной диагностики.

Krasnoyarsk State Agrarian University, Krasnoyarsk

Influence of tillage of fallow forecrop on nitrogen provision of soil and yield of wheat in the forest-steppe zone of the Krasnoyarsk Territory