Влияние приемов основной обработки почвы на агрофизические показатели чернозема выщелоченного Красноярской лесостепи

Введение. К одному из главных факторов стабилизации экологической обстановки на планете относится сохранение и воспроизводство плодородия почвы, являющейся составной частью биосферы [1].

Высокая степень антропогенной нагрузки на почву, связанная с применением энергоемких технологий ее обработки, является причиной значительного снижения уровня почвенного плодородия пахотных земель и их агрофизической деградации. При этом адаптация земледелия к существующим почвенно-климатическим, экономическим и экологическим условиям должна идти на основе ресурсосберегающих, почвозащитных технологий обработки почвы [1, 2].

Цель исследования : определить уровни минимализации обработки черноземов, которые бы отличались наиболее оптимальными физическими свойствами.

Задачи исследований: 1) определить оптимальные параметры агрофизических показателей плодородия чернозема выщелоченного для зерновых культур (плотность почвы, строение пахотного слоя, твердость почвы) при проведении отвальной основной и нулевой обработок почвы; 2) изучить влияние приемов основной обработки на структурное состояние пахотного слоя почвы.

Объекты и методы исследования. Исследование проведено в зернопаропропашном севообороте в полевом стационарном опыте на территории учебно-опытного хозяйства «Мин-дерлинское» ФГБОУ ВО «Красноярский государственный аграрный университет».

Объект исследования – чернозем выщелоченный. Гранулометрический состав чернозема выщелоченного – тяжелосуглинистый.

В опыте высевались яровая пшеница (сорт Новосибирская 15) и ячмень (сорт Ача).

Схема опыта включала следующие варианты:

• 1.    Отвальная обработка (вспашка на 20– 22 см).

• 2.    Безотвальная обработка (плоскорезное рыхление на 20–22 см).

• 3.    Минимальная обработка (дискование на 8–10 см).

• 4.    Без основной обработки почвы (нулевая обработка).

Общая площадь полевого опыта составляет 10 га. Повторность в опыте – 4-кратная. Срок посева яровой пшеницы и ячменя – третья декада мая.

Агротехника возделывания зерновых культур – общепринятая для данной почвенноклиматической зоны [3].

В каждом варианте пшеницу и ячмень высевали по двум фонам – без удобрений и удобренный. В качестве минеральных удобрений вносили аммиачную селитру в дозе 34,7 кг/га д. в.

В течение вегетационного периода и в лабораторных условиях были определены следующие показатели:

• 1.    Строение пахотного слоя почвы методом насыщения почвы в патронах водой.

• 2.    Плотность почвы методом и прибором, разработанными Н.А. Качинским [4].

• 3.    Твердость почвы (сопротивление почвы вертикально приложенной силе при разрезании, расклинивании или сдавливании) определяли, используя ручной пенетрометр фирмы EIJKELKAMP, который предназначен для измерения максимального сопротивления проникновению. На план делянки наносится сетка. Измерения осуществляются в точках пересечения направлений. Мы проводили измерения в 20 точках на каждой делянке опыта.

• 1.    Макроагрегатный состав почвы методом сухого просеивания по Н.И. Саввинову.

• 2.    Водопрочность почвенной структуры методом «мокрого» просеивания на приборе Бакшеева.

• 3.    Математическая обработка результатов исследований проводилась по Б.А. Доспехову.

Результаты исследования. В последние годы большое внимание уделяется оценке агрофизического состояния почвы в связи с физической деградацией, обусловленной природными и антропогенными факторами. Рост, развитие и биопродуктивность растений, в первую очередь, обусловлены агрофизическими свойствами почвы, в том числе ее структурным составом [5].

Данные определения структурно-агрегатного состава черноземов выщелоченных свидетельствуют, что они хорошо оструктурены, количество агрономически ценных фракций (0,25–10 мм) при сухом просеивании превышает более 70 %, как на варианте с отвальной вспашкой на 20–22 см, так и без проведения основной обработки почвы перед посевом зерновых культур. В период от посева до уборки содержание агрономически ценных фракций снижается только на отвально вспаханных делянках, а на прямом посеве их содержание увеличивается, причем больше всего под посевами яровой пшеницы (на 10 %), размещаемой по сидеральному пару.

На варианте с отвальной вспашкой содержание наиболее ценных фракций (от 1 до 3 мм) под ячменем в период посева составляло 35 %, а в момент уборки – 34 %. В то же время под посевами яровой пшеницы после сидерального пара эти цифры составляли соответственно 39 и 36 %.

Аналогичная картина характерна и для варианта без проведения основной обработки почвы.

Качественная оценка структурного состояния чернозема выщелоченного представлена по содержанию водоустойчивых агрегатов (табл. 1).

Установлено, что в период от начала весенне-летней вегетации и до уборки яровой пшеницы отмечена тенденция снижения содержания водопрочных агрегатов как на варианте с отвальной вспашкой, так и без проведения основной обработки почвы.

Таблица 1

Культура	Вариант	Срок определения	Содержание водопрочных агрегатов, %
1. Пшеница по сидеральному пару	Вспашка на 20–22 см	Посев	72,11
		После уборки	70,11
	Без обработки почвы	Посев	75,00
		После уборки	71,74
2. Пшеница по кукурузе	Вспашка на 20–22 см	Посев	62,30
		После уборки	69,70
	Без обработки почвы	Посев	72,00
		После уборки	71,70
3. Ячмень по пшенице	Вспашка на 20–22 см	Посев	63,80
		После уборки	49,30
	Без обработки почвы	Посев	71,50
		После уборки	60,10

Водопрочность структуры в 0–30 см слое почвы (2018 г.)

При посеве повторной зерновой культуры (ячмень) как по отвальной вспашке, так и без проведения основной обработки почвы наблюдается совершенно иная картина. В этом случае отмечено наибольшее снижение содержания водопрочных агрегатов (на 11,4–14,5 %) в период от посева и до уборки по сравнению с другими вариантами. Возможно, это обусловлено меньшим поступлением органических остатков в почву при посеве ячменя по сравнению с яровой пшеницей.

Что касается влияния приемов основной обработки почвы на структурное состояние чернозема выщелоченного, то необходимо отметить, что отказ от проведения отвальной вспашки повышает устойчивость структуры почвы. В частности, наиболее предпочтительное содержание водопрочных агрегатов как при посеве, так и после уборки зерновых культур отмечено в почве варианта без проведения основной обработки почвы по сравнению с отвальной вспашкой (соответственно на 2,89 и 1,6 % (пшеница по сидеральному пару), на 9,7–2,0 % (пшеница по кукурузе), на 7,7–10,8 % (ячмень). Причем, в большинстве случаев на фоне нулевой обработки почвы максимальное количество водопрочных агрегатов содержится в слое 10–20 см.

Если же оценивать структурное состояние почвы по градации В.Р. Вильямса, то можно оценить его как отличное по нулевой обработке почвы и как хорошее по отвальной вспашке на 20–22 см вне зависимости от предшественника.

Строение пахотного слоя – состояние почвы, обусловленное прежде всего ее структурой. Наряду со структурой это свойство в значи- тельной мере зависит и от системы основной обработки почвы.

Создание оптимального строения пахотного слоя почвы – важная задача земледелия, так как оно регулирует водно-воздушный режим почвы, биологические процессы, наличие элементов питания, определяет величину урожая.

Определение строения пахотного слоя почвы после уборки зерновых культур в нашем опыте показало, что общая пористость практически одинакова как на варианте с отвальной вспашкой на 20–22 см (56–63 %), так и без проведения основной обработки почвы (55–63 %) (табл. 2).

Следует отметить, что более заметное влияние на величину общей пористости чернозема выщелоченного оказывает предшественник. Так, под посевами ячменя после яровой пшеницы, т. е. повторной зерновой культуры, общая пористость снижается на 7–8 % по сравнению с посевами яровой пшеницы. И тем не менее, общая пористость по шкале Н.А. Качин-ского характеризуется как отличная (55–65 %) [4].

В наибольшей степени обработка почвы влияет на соотношение капиллярной и некапиллярной пористости.

Для благоприятного сочетания всех свойств почвы решающее значение имеет наличие в почве и капиллярной скважности. Низший предел, за который не следует допускать снижение некапиллярной скважности, составляет 10 % от общего объема. Наименьшие показатели некапиллярной скважности отмечены на посевах ячменя как без проведения основной обработки почвы (15 %), так и на варианте с отвальной вспашкой на 20–22 см (17 %).

Таблица 2

Строение пахотного слоя почвы после уборки зерновых культур (06.09.2017)

Вариант	Слой почвы, см	Показатель
		Общая пористость, %	Капиллярная по-ристость,%	Некапиллярная пористость,%	Плотность почвы, г/см3
1	2	3	4	5	6
Вспашка 1.Пшеница по сидер. пару	0–10	62	41	21	0,97
	10–20	61	38	22	0,97
	0–20	62	40	22	0,97
2.Пшеница по кукурузе	0–10	63	43	20	0,97
	10–20	62	45	17	0,94

Окончание табл. 2

1	2	3	4	5	6
	0–20	63	44	19	0,96
3. Ячмень	0–10	56	39	17	1,07
	10–20	56	40	16	1,10
	0–20	56	40	17	1,09
Без обработки 1. Пшеница по сидер. пару	0–10	61	45	16	0,97
	10–20	63	43	20	0,95
	0–20	62	44	18	0,96
2. Пшеница по кукурузе	0–10	60	39	21	1,08
	10–20	65	40	25	0,88
	0–20	63	40	23	0,98
3. Ячмень	0–10	57	42	15	1,08
	10–20	52	38	14	1,21
	0–20	55	40	15	1,15
НСР 05 для фактора В (слой почвы, см)		1,0
НСР 05 для фактора А (предшественник, способ обработки почвы)		1,73
НСР 05 для фактора АВ (для частных средних)		2,45

Наиболее благоприятное соотношение некапиллярной и капиллярной скважности отмечено в посевах яровой пшеницы по сидеральному пару на варианте с отвальной вспашкой на 20– 22 см и в посевах яровой пшеницы по кукурузе на варианте без обработки почвы (см. табл. 2).

Как известно, показатель плотности сложения – фундаментальная характеристика физического состояния обрабатываемого слоя почвы.

Самый высокий показатель плотности почвы отмечен в посевах яровой пшеницы после кукурузы на варианте без проведения основной обработки (1,28 г/см3), причем как в слое почвы 0– 10 см, так и в слое 10–20 см. Тем не менее, сверхвысоких значений плотности чернозема выщелоченного в исследуемых вариантах не отмечается (табл. 3).

Таблица 3

Плотность сложения почвы (г/см3) после посева и после уборки зерновых культур (2018 г.)

Вариант	Срок определения		Глубина, см
			0–10	10–20	20–30	0–30
1	2		3	4	5	6
Пшеница по сидеральному пару
Вспашка на 20–22 см		III декада мая	1,07	1,25	1,28	1,20
		II декада сентября	1,13	1,16	1,23	1,17

Окончание табл. 3

1	2	3	4	5	6
Без обработки	III декада мая	1,09	1,17	1,16	1,14
	II декада сентября	1,09	1,16	1,12	1,12
Пшеница по кукурузе
Вспашка на 20–22 см	III декада мая	1,16	1,19	1,31	1,22
	II декада сентября	1,08	1,24	1,16	1,16
Без обработки	III декада мая	1,21	1,33	1,30	1,28
	II декада сентября	0,96	1,06	1,09	1,04
НСР 05 для фактора А (предшественник, способ обработки почвы)					0,060
НСР 05 для фактора В (горизонт, см)					0,052

Следует отметить, что на варианте с традиционной основной обработкой почвы установлено наличие уплотненных горизонтов на глубине 10–20 и 20–30 см как под посевами яровой пшеницы по сидеральному пару, так и по кукурузе. Это свидетельствует о том, что ежегодное проведение отвальной вспашки на одну и ту же глубину приводит к образованию плужной подошвы.

В период от посева и до уборки плотность уменьшается в 0–30 см слое почвы как на варианте с отвальной вспашкой (на 0,03–0,06 г/см3), так и без проведения обработки почвы (на 0,02– 0,24 г/см3). Причем к середине сентября этот показатель ниже на варианте без проведения основной обработки почвы по сравнению с отвальной вспашкой (на 0,05–0,12 г/см3).

В данном случае нельзя недооценивать роль зерновых культур и оставляемой после их уборки органической массы в разрыхлении и создании благоприятного строения почвы. Как писал А.Г. Дояренко, «пластирующая работа корней играет исключительную роль в создании строения целинных почв…» [6].

По данным М.А. Габбасовой и др. [7], черноземы выщелоченные обладают хорошей ост-руктуренностью, благодаря чему они имеют невысокую плотность гумусовых горизонтов (1,0–

1,22 г/см3), которая возрастает лишь в подгумусовых горизонтах (до 1,3–1,5 г/см3).

При закладке почвенного разреза, который был заложен на фоне без обработки почвы в середине июня 2018 г., мы отметили, что более значительное увеличение плотности почвы происходит только на глубине 80–90 см (1,45 г/см3). Такое высокое значение данного показателя в черноземе выщелоченном может быть связано с низким значением влажности почвы. Как известно, плотность почвы обратно пропорциональна показателю влажности. В середине же вегетационного периода 2018 г. сложились особенно жесткие условия с обеспеченностью растений ячменя доступной влагой. В метровом слое почвы под посевами этой культуры запасы доступной влаги не превышали 21,0 мм. Как известно, сухая почва в 2–3 раза тверже влажной, сопротивление почвы возрастает с уменьшением ее увлажнения независимо от соотношения глины и песка [8].

Для оценки физического состояния почв в последнее время предлагают использовать такой показатель, который бы отличался простотой измерения и был бы связан с плотностью сложения достаточно воспроизводимой моделью. В качестве такого показателя рекомендуют использовать показатель твердости почвы. Эти показатели используются как взаимодополняющие, а не исключающие друг друга.

Величины плотности и твердости определяют условия развития корневых систем растений. Увеличение плотности почвы сопровождается резким ограничением роста корней. Повышение плотности почвы свыше 1,4 г/см3 затрудняет процесс нитрификации и усвоение азота из почвы, в результате снижается густота стояния растений, продуктивная кустистость, озернен-ность колоса. С увеличением плотности на 0,1 г/см3 содержание недоступной влаги в почве возрастает на 10 % [9].

Измерение твердости почвы в нашем опыте проводили в полевых условиях с помощью ручного пенетрометра EIJKELKAMP на глубину до 25 см с интервалом 5 см. Измерения производили конусом с размером поперечного сечения 1 см2. Точки отбора проб были заложены с интервалом 1,5 м и по каждому варианту обработки почвы в 20 местах.

Величина твердости почвы, как и плотность сложения, изменчива во времени и при отсутствии изменений в увлажнении характеризуется равновесной величиной.

Из данных таблицы 4 следует, что на глубине 20–25 см твердость почвы практически сравнялась по всем вариантам опыта.

Показатели значений твердости почвы увеличиваются с глубиной по всем изучаемым вариантам опыта. Причем твердость почвы на варианте с отвальной вспашкой в верхних слоях (5–10 и 10–15 см) была меньше по сравнению с вариантом без проведения основной обработки почвы, а уже на глубине 15–20 см этот показатель увеличивается до 4,56 МПа, в то время как даже по варианту без проведения основной обработки почвы твердость составляет 4,37 МПа. Это еще раз указывает на наличие плужной подошвы на варианте с отвальной вспашкой.

Таблица 4

Изменение твердости почвы (МПа, кг/см2) в посевах яровой пшеницы после кукурузы (01.08.2018 г.)

Глубина от поверхности почвы, см	Твердость почвы	Вариант
		Вспашка на 20–22 см	Плоскорезное рыхление на 20–22 см	Минимальная обработка дискато-ром на 8–10 см	Без обработки почвы
0–5	МПа	1,50	1,64	1,21	1,60
	кг/см2	15,30	16,72	12,34	16,32
5–10	МПа	3,10	3,61	3,35	3,77
	кг/см2	31,61	36,81	34,16	38,44
10–15	МПа	3,72	3,98	4,40	4,34
	кг/см2	37,93	40,58	44,87	44,26
15–20	МПа	4,56	4,32	4,14	4,37
	кг/см2	46,50	44,05	42,22	44,56
20–25	МПа	4,56	4,68	4,50	4,52
	кг/см2	46,50	47,72	45,89	46,09

Как известно, и высокая и низкая плотность сложения почвы (в равной мере как и твердость) негативна для развития растений и их продуктивности.

По мнению В.Ю. Бондаревой [10], верхним пределом твердости почвы для большинства зерновых культур, после которого резко ухудшаются условия развития, следует счи- тать 15–19 кгс/см2; для корнеплодов – 5–10; для картофеля – 5 кгс/см2. С точки зрения усилий, затрачиваемых при вспашке, оптимальной является твердость в пределах 10– 20 кгс/см2.

По другим данным [11], зерновые культуры вполне нормально переносят повышенную твердость (20–25 кгс/см2), в то время как для пропашных, корнеплодов, садовых и овощных культур она неприемлема. Оптимальные параметры в этих случаях не превышают 5–10 кгс/см2. Твердость почвы, особенно выше 40– 50 кгс/см2, сильно угнетает и даже останавливает рост корневых систем большинства культур.

В наших опытах поверхностный слой почвы (0–5 см) по величине твердости оптимален для развития яровой пшеницы (12–16 кгс/см2), а на глубине 10–15 и 15–20 см показатель твердости превышает 30 и 40 кгс/см2 (см. табл. 4). Поэтому при наличии указанных нами критических величин твердости периодическое углубление основной обработки может быть целесообразным.

Используя твердость как критерий оценки физического состояния и качества обработки почвы, можно выбрать оптимальный вариант обработки в соответствии с принципами точного земледелия.

Выводы

• 1.    Изучаемые приемы основной обработки почвы обеспечили хорошее и отличное структурное состояние почвы в течение вегетационного периода.

• 2.    Показатели плотности и строения пахотного слоя чернозема выщелоченного даже