Влияние севооборотов на плодородие почв и продуктивность яровой пшеницы

В повышении плодородия почв большая роль принадлежит удобрениям. В связи с «реформированием» сельского хозяйства с 1991 г. в республике резко сократилось использование минеральных и органических удобрений, а с 1996 г. удобрения вносятся в очень малых дозах. За 2001–2010 гг. внесение органических удобрений в Туве сократилось в 17 раз по сравнению с 1981–1990 гг. С 2006 г. нормы внесения органических удобрений постепенно увеличиваются, а минеральных остаются на низком уровне [5].

В условиях данного региона на малоплодородных почвах гарантом стабилизации урожайности зерновых культур на достаточном уровне может выступить паровое поле. Лучшей парозанимающей культурой в условиях республики является донник [7].

Важнейшим элементом технологии выращивания зерновых культур остается правильный подбор предшественников в севообороте, где очень важное значение имеет применение сидеральных и органических удобрений [3]. В связи с этим актуальными являются вопросы по изучению влияния различных предшественников на сохранение и воспроизводство почвенного плодородия.

Цель исследований . Изучение влияния севооборотов на агрофизические, физико-химические свойства почв и урожайность яровой пшеницы в условиях лесостепи Тувы.

Объекты и методы исследований . Исследования проводились в полевом севообороте, заложенном в 2006 г. на экспериментальных полях Тувинского НИИСХ. Повторность трехкратная. Учетная площадь 63 м². Расположение вариантов в опыте систематическое. Агротехника возделывания общепринятая в зоне деятельности института. Сорт яровой пшеницы Кантегирская-89.

Во время проведения исследований погодные условия вегетационного периода существенно различались по годам. За исследуемый период сумма осадков за вегетационный период составила 205–320 мм, сумма активных температур выше 10˚С – 1577–1924˚С, сумма эффективных температур выше 5˚С – 1198–1899˚С. Сумма осадков за вегетационный период в 2006 г. составила 224 мм, в 2007 г. – 205, в 2008 г. – 208, в 2009 г. – 259, в 2010 г. – 319 мм.

Почвенный покров опытного участка представлен темно-каштановой легкосуглинистой почвой. В начале закладки опыта содержание гумуса в пахотном слое почвы составило 3,37 %, общего азота – 0,20 %, подвижного фосфора – 16 мг/кг почвы, обменного калия – 224 мг/кг почвы.

Изучение влияние типов паров на плодородие почвы и урожайность яровой пшеницы проводилось в трехпольных севооборотах: 1) зернопаровой (контроль): чистый пар (контроль) – пшеница – пшеница;

• 2) зернопаровой: чистый пар + 30 т/га навоза – пшеница – пшеница; 3) сидеральный: сидеральный пар (донник) – пшеница – пшеница + донник; 4) зерновой с занятым паром: донник на зеленую массу – пшеница – пшеница + донник; 5) сидеральный: сидеральный пар (горох) – пшеница – пшеница.

Запашку донника на зеленое удобрение проводили в фазу цветения, гороха – молочной спелости. Гумус определяли по Тюрину, подвижный фосфор и калий – по Мачигину, нитратный азот – ионометрическим методом (ГОСТ 20951-86). Плотность сложения почвы определяли по Н.А. Качинскому, структурный состав почвы – по методу Н.И. Саввинова. Биологическую активность почвы изучали методом льняных полотен на глубину 0–20 см [2]. Результаты исследований были обработаны статистическими методами дисперсионного анализа [4] с использованием программных пакетов Microsoft Excel.

Результаты исследований и их обсуждение . Главной причиной снижения плодородия почв в регионе является недостаточное применение органических удобрений. В период 1986–1992 гг. в Туве применение минеральных и органических удобрений достигло максимальной величины соответственно 42,1–49,1 кг д.в./га и 0,60–0,85 т/га. С 2006 г. нормы внесения органических удобрений постепенно увеличиваются, а минеральных остаются на низком уровне [5]. Поэтому в данных условиях для сохранения плодородия почвы и обеспечения стабильной урожайности пшеницы, кроме навоза, возможно использование сидератов.

В начале закладки опыта содержание гумуса в пахотном слое темно-каштановой почвы варьирует в пределах 3,30–3,46 % (табл. 1). Содержание гумуса после прохождения ротации севооборотов увеличилось в зернопаровом на 0,20 %, сидеральном донниковом – на 0,64, сидеральном гороховом – на 0,13 % и уменьшилось в контрольном на 0,46 %. Количество гумуса осталось на том же уровне в зерновом севообороте с занятым паром (вариант 4). Это можно объяснить тем, что основным источником пополнения органического вещества в почве являются корневые и растительные остатки. Наибольшее количество пожнивных и корневых остатков оставляет после себя донник на зеленое удобрение до 6,3 т/га органического вещества, горох – 5,0 т/га, внесение навоза – до 12 т/га. Донник на зеленую массу дает 3,2 т/га органического вещества.

Таблица 1

Основные показатели химических и физико-химических свойств темно-каштановой почвы

Севооборот	Год отбора образцов	Гумус, %	рН Н2О	ЕКО, мг-экв/ 100 г	мг/кг
					Нитратный азот	Р 2 О 5	К 2 О
1 – зернопаровой (контроль)	2006	3,46	7,1	24	20	18	138
	2010	3,00	7,1	-	12	10	104
2 – зернопаровой	2006	3,31	7,1	21	24	20	137
	2010	3,51	7,1	-	43	26	210
3 – сидеральный (донник)	2006	3,36	7,1	22	22	20	148
	2010	4,00	7,1	-	47	27	251
4 – зерновой с занятым паром	2006	3,30	7,1	21	15	18	120
	2010	3,30	7,1	-	12	10	120
5 – сидеральный (горох)	2006	3,46	7,1	24	19	18	150
	2010	3,59	7,1	-	36	19	243

Уменьшение гумуса в севообороте с чистым паром без внесения органических удобрений (контроль) происходит за счет быстрой минерализации органического вещества при ежегодной обработке почвы. По исследованиям А.Н. Кузьминых [10], высеянный горох на зеленое удобрение формирует биомассу до 28 т/га с высоким содержанием NPK, что сохраняет и повышает плодородие почвы. По данным [1], в степных условиях Западного Забайкалья на черноземе малогумусном севообороты с занятыми парами не уступают севооборотам с чистыми парами по урожайности яровой пшеницы, а также повышают дефляционную устойчивость почв.

Нашими исследованиями выявлено, что обеспеченность почв в 2006 г. подвижным Р 2 О 5 средняя, а в 2010 г. в контрольном севообороте и зерновом с занятым паром очень низкая, в остальных – средняя. В 2006 г. обменным К 2 О обеспеченность средняя, а в 2010 г. в сидеральных и зернопаровом севооборотах высокая. Емкость катионного обмена составляет 21–24 мг-экв/100 г. В составе обменных катионов доминирует Са⁺⁺. Количественные оценки содержания нитратного азота и емкости катионного обмена в почвах зависят от содержания гумуса и гранулометрического состава.

Было рассмотрено влияние разных видов севооборотов на плотность сложения темно-каштановой почвы. Перед закладкой опыта плотность сложения в слое 0–10 см варьировала в пределах 1,33–1,43 г/см3, в слое 10–20 см – 1,35–1,41 г/см3. В варианте контроля плотность сложения в слое 0–10 см составила 1,33 г/см3, в слое 10–20 см – 1,35, в других вариантах 1,34–1,43 и 1,37–1,41 г/см3 соответственно.

По предшественнику чистому пару (контроль) плотность сложения почвы в слое 0–20 см под пшеницей незначительно увеличилась на 2–4 %, а в других вариантах уменьшилась на 3–8 %. Наибольшее уменьшение плотности сложения отмечено после горохового сидерального пара (вариант 5) на 8 % и чистого пара + навоз 30 т/га (вариант 2) на 4 %. Рыхлое состояние пахотного слоя почвы под пшеницей в этих вариантах обусловлено ежегодными обработками почвы, препятствующими самоуплотнению, а также действием перепревшего навоза и однолетней зернобобовой культуры (горох). Темно-каштановая легкосуглинистая почва в различных вариантах севооборотов по показателям сложения и структурного состава характеризуется благоприятными агрофизическими свойствами. Качественная оценка структурного состава почв по содержанию в них агрегатов агрономически ценных фракций (АЦФ) размером от 10 до 0,25 мм указывают на отличное агрегатное состояние пахотного слоя темно-каштановой почвы во всех вариантах опыта. Содержание АЦФ здесь составляет 64–68 %. Оструктуренность по вариантам опыта существенно не изменяется и остается в одной категории по содержанию АЦФ. Наибольшее количество АЦФ содержится в вариантах с занятым паром и донниковым сидеральным паром (68 %), наименьшее – в зернопаровом севообороте (контроль) (64 %). Коэффициент структурности находится в пределах 1,8–2,1, что также указывает на отличное агрегатное состояние почвы.

По исследованиям В.Н. Жулановой, Н.Л. Кураченко [6], тувинские темно-каштановые и каштановые почвы легкосуглинистого и супесчаного гранулометрического состава обладают отличной оструктуренно-стью. В слое 0–20 см этих почв содержание АЦФ достигает 72–94 %. Далее с глубиной уровень оструктурен-ности существенно варьирует. В зависимости от подтипа почв и характера их сельскохозяйственного использования он изменяется от отличного до хорошего. Темно-каштановые суглинистые почвы имеют оптимальное сложение только в слое 0–20 см (1,08–1,20 г/см3). Ниже с глубиной интенсивная и равномерная пропитка карбонатами способствует уплотнению почвы до 1,21–1,25 г/см3.

При выращивании сельскохозяйственных культур плодородие почвы зависит главным образом от активности полезной микрофлоры и других компонентов почвенной биоты. Уровень активности биоты в почве поддерживается пожнивными остатками однолетних растений, выращиванием многолетних трав, внесением органических удобрений и сидератов. Биологическая активность темно-каштановой почвы была изучена методом разложения льняного полотна. Степень разложения льняного полотна в экспериментальных вариантах опыта была в 1,3–1,6 раза выше, чем в контроле. Наибольшая степень разложения полотна в гороховом сидеральном паре (17,2 %), наименьшая – в чистом паре (10,8 %). Разница между вариантами объясняется способом заделки органического вещества (при запашке зеленого удобрения в нижний слой, при заделке навоза по всему пахотному слою). В результате исследований нами было установлено, что предшественники оказывают влияние на урожайность яровой пшеницы. В качестве контроля служил чистый пар, как один из лучших предшественников для лесостепной зоны Тувы. Средняя урожайность за 3 года яровой пшеницы по контролю без удобрений составила 19,6 ц/га (табл. 2), а урожайность пшеницы по пшенице – 11,0 ц/га (табл. 3).

В среднем за годы исследований наиболее высокий урожай пшеницы по парам получен после чистого пара с внесением навоза (вариант 2), а пшеницы по пшенице – чистого пара с внесением навоза (вариант 2) и горохового сидерального пара (вариант 5). Минимальная урожайность пшеницы получена после донникового занятого пара. Донниковый сидеральный пар оказался эффективным для парозанимающей культуры и неэффективным для последующей культуры, которая дала прибавку урожая меньше НСР 05 .

Наши исследования подтверждаются данными А.С. Сотпа [8]. На темно-каштановых почвах в умеренно влажные годы урожайность яровой пшеницы после внесения зеленых удобрений составила 1,20–1,26 т/га (прибавка урожая 0,20–0,24 т/га), а в засушливые годы сидеральные пары уступают чистому пару.

Таблица 2

Предшественник	2007 г.		2008 г.		2009 г.		Среднее за 3 года
	ц/га	+ -	ц/га	+ -	ц/га	+ -	ц/га	+ -
1 – чистый пар (контроль)	17,5	-	17,3	-	23,9	-	19,6	-
2 – чистый пар + 30 т/га навоза	22,5	+5,0	20,6	+3,3	26,5	+2,6	23,2	+3,6
3 – сидеральный пар (донник)	21,8	+4,3	19,5	+2,2	24,7	+0,7	22,0	+2,4
4 – занятый пар (донник)	12,4	-5,1	10,0	-7,3	22,9	-1,0	15,1	-4,5
5 – сидеральный пар (горох)	22,0	+4,5	20,0	+2,7	25,1	+1,2	22,4	+2,8
НСР 05	-	1,7	-	1,4	-	2,6	-	-

Урожайность яровой пшеницы по различным типам паров

Сидеральные культуры создают благоприятные физические условия для произрастания сельскохозяйственных культур, равномерно и сбалансировано пополняют почву элементами питания. Бобовые культуры обладают природной способностью в симбиозе с клубеньковыми бактериями накапливать из воздуха доступные растениям соединения азота [10].

Внесение зеленого удобрения способствовало повышению урожайности яровой пшеницы. В первый год после запашки урожайность повысилась в 1,1–1,2 раза, а во второй год – в 1,03–1,2.

Урожайность пшеницы по пшенице в изучаемых севооборотах

Таблица 3

Севооборот	2008 г.		2009 г.		2010 г.		Среднее за 3 года
	ц/га	+ -	ц/га	+ -	ц/га	+ -	ц/га	+ -
1 – зернопаровой (контроль)	8,7	-	12,9	-	11,7	-	11,0	-
2 – зернопаровой	11,0	+2,3	15,2	+2,3	14,3	+2,6	13,5	+2,5
3 – сидеральный (донник)	9,8	+1,1	11,8	-1,1	12,2	+0,5	11,3	+0,3
4 – зерновой с занятым паром	7,0	-1,7	8,3	-4,6	9,1	-2,6	8,1	-2,9
5 – сидеральный (горох)	10,8	+2,1	14,9	+2,0	15,0	+3,3	13,6	+2,6
НСР 05	-	0,8	-	1,6	-	1,1	-	-

За 3 года исследований самая низкая урожайность пшеницы в зерновом с занятым паром севообороте. Прибавка урожая была получена в зернопаровом и сидеральных севооборотах. Урожайность пшеницы по пшенице варьировала по годам исследований и зависела от погодных условий. Благоприятные гидротермические условия вегетационного периода 2009–2010 гг. способствовали получению высокой урожайности пшеницы как после паровых предшественников, так и после пшеницы. Прибавка урожая составила 25–38 %.

Заключение . Таким образом, результаты исследования показали, что севообороты, содержащие сидеральные пары, чистые пары (с внесением навоза), повышают плодородие почвы за ротацию. Севооборот зерновой с занятым паром сохраняет плодородие почвы, а севооборот с чистым паром без внесения органических удобрений снижает. Разные виды севооборотов за одну ротацию существенно не оказывают влияния на агрофизические показатели темно-каштановой легкосуглинистой почвы. Лучшими предшественниками для яровой пшеницы в лесостепной зоне Тувы являются чистый пар с внесением навоза, сидеральный донниковый и сидеральный гороховый пары. Занятый донниковый пар оказался не очень эффективным.