Удобряем с выгодой или роль сидератов в совершенствовании севооборотов

05.03.2020
Удобрения
2864
glavagronom.ru
Фотография носит иллюстративный характер

Козлова Л.М., доктор с.-х. наук, ведущий научный сотрудник, заведующая отделом земледелия, агрохимии и мелиорации.

Носкова Е.Н., кандидат с.-х. наук, научный сотрудник лаборатории земледелия и мелиорации.

Попов Ф.А., кандидат с.-х. наук, научный сотрудник, заведующий лабораторией агрохимии.

 ФГБНУ «Федеральный аграрный научный центр Северо-Востока имени Н.В. Рудницкого», г. Киров.

Совершенствование севооборотов на экологических принципах с учетом не только продуктивности, но и влияния на плодородие почвы — важнейшее альтернативное направление повышения эффективности земледелия в различных почвенно-климатических условиях [1]. В Стратегии научно-технического развития Российской Федерации, утвержденной Указом Президента РФ от 1 декабря 2016 г., потребность в обеспечении продовольственной безопасности и продовольственной независимости России, конкурентоспособности отечественной продукции на мировых рынках продовольствия, снижение технологических рисков в агропромышленном комплексе определена как один из главных вызовов современности.

Производство экологически чистой высококачественной продукции является одной из актуальных задач АПК нашей страны. Ее решение тесно связано с биологизацией и экологизацией земледелия за счет расширения площади посевов бобовых культур, многолетних трав, промежуточных культур и применения различных видов органических удобрений и биологических препаратов в сочетании с различными агрохимикатами [2].

Севооборот, как научно обоснованное чередование сельскохозяйственных культур и чистого пара во времени и по полям, был и остается многофункциональной агроэкологической системой агроценозов, позволяющей решать многие задачи современных адаптивно-ландшафтных систем земледелия. В рамках севооборота за счет биологизации земледелия решаются экологические проблемы, связанные с возрастающей нагрузкой факторов интенсификации земледелия на окружающую среду [3, 4, 5, 6].

atopshot.com
Фото:atopshot.com
Фотография носит иллюстративный характер

Достигнутый в последние годы уровень производства сельскохозяйственных культур в России стал результатом резкого изменения технологий возделывания на основе применения различных видов удобрений, современных гербицидов, новейшей сельскохозяйственной техники, позволяющей своевременно и более качественно проводить все операции по подготовке почвы, посеву, уходу за культурами. Казалось бы, в таких условиях в земледелии не осталось проблем. Однако анализ существующей ситуации свидетельствует об обратном [7].

Самый важный из всех негативных процессов — потеря гумуса почвы. Он малозаметен, но идет постоянно. На сегодняшний день содержание гумуса в черноземах сократилось до 4-6%, вместо 10-12% 100 лет назад [8]. По результатам многолетних опытов [9], в дерново-подзолистых среднесуглинистых почвах ежегодно под культурами сплошного сева минерализуется 0,4-0,8 т/га гумуса, на черноземах 0,8-1,2 т/га. Наиболее интенсивно этот процесс идет в черных парах, где потери гумуса могут составлять 1,5-2,0 т/га.

В Кировской области, по результатам последнего цикла агрохимического обследования, почвы с низким содержанием гумуса занимают до 50% площади пашни. Основные причины деградации почв — отсутствие приемов по известкованию и фосфоритованию кислых почв, снижение использования органических и минеральных удобрений [10]. Для предупреждения дальнейшей деградации плодородия почв, по нашему мнению, необходимо введение научно обоснованных севооборотов с сидеральными парами и промежуточными культурами, запашка корнестерневых остатков, отавы многолетних трав [11]. Зарубежные авторы также указывают на то, что влияние корнестерневых остатков на плодородие почвы может быть значительно выше других органических удобрений [12, 13]. При включении сидеральных паров в севооборот процессы гумификации в почве преобладают над процессами минерализации. Поступление органического вещества в виде сидерата, даже без внесения удобрений, стабилизирует содержание гумуса в почве (гумификация — 8,20, минерализация — 7,95 т/га) [14].

mtdata.ru
Фото:mtdata.ru
Агрохимическое обследование почв

В соответствии с Концепцией развития агрохимии и агрохимического обслуживания сельского хозяйства Российской Федерации до 2020 года при сложившейся структуре посевных площадей сидераты могли бы занимать в нашей стране до 30 млн га. Полученное зеленое удобрение равноценно по содержанию органического вещества 700-800 млн т подстилочного навоза [15]. При этом затраты на производство и использование зеленого удобрения в 3-4 раза меньше, чем при применении подстилочного навоза.

Однако основная форма сидерации в виде сидеральных паров экономически невыгодна, так как сидеральное поле не дает в течение года товарной продукции. Экономически выгоднее промежуточная форма сидерации в виде пожнивных, подсевных, поукосных и других промежуточных культур. Положительное влияние промежуточных культур заключается в первую очередь в том, что увеличивается поступление органического вещества с оптимальным качественным составом, улучшающим микробиологические процессы в почве. Влияние промежуточных культур на биологическую активность, агрофизические свойства почвы увеличивается при использовании их на сидеральные цели [16, 17, 18].

В.И. Турусов и др. [19] указывают, что значительное увеличение проблемы воспроизводства плодородия почв и необходимость постоянного роста продуктивности культур требуют разработки новых агротехнических приемов. Важным условием является снижение доли чистых паров, переход на сидеральные пары, расширение посевов зернобобовых культур. В связи с этим актуальность и новизна наших исследований заключается в комплексном (агрофизическом, агрохимическом и фитосанитарном) исследовании агротехнических приемов с использованием биологических ресурсов, направленных на восстановление плодородия почвы и увеличение выхода кормовых единиц с 1 га пашни.

wallpapers3.hellowallpaper.com
Пшеница, посеянная в качестве сидерата

Цель исследований

Разработка в соответствии с экологическими принципами полевых севооборотов, способствующих сохранению плодородия дерново-подзолистых почв Кировской области.

Материал и методы

Исследования проводили в стационарном опыте НИИСХ Северо-Востока, заложенном в 1976 году. В 2002-2009 гг. на изучение были взяты шесть восьмипольных севооборотов с различными зернобобовыми смесями и сидеральными культурами. С 2010 по 2017 год изучали восьмипольные севообороты с различными видами паров и промежуточными (поукосными и пожнивными) культурами.

Севообороты размещены в пространстве и во времени, размещение делянок систематическое, повторность четырехкратная. Почва опытного участка дерново-подзолистая легкосуглинистая, сформированная на элювии пермских глин. Агрохимические показатели: 

  • рНкс1 4,8-5,5;
  • содержание Р2О5 — 135-216, К2О — 150-157 мг/кг почвы (по Кирсанову);
  • содержание гумуса — 1,67-2,00% (по Тюрину).

Покровные культуры увеличивают численность микробов в почве на 27%

В севооборотах возделывали следующие культуры районированных сортов:

Севообороты насыщены бобовыми культурами: 

  • одно- и двухгодичными клеверами и их смесями со злаковыми травами;
  • смесями зернобобовых и яровых зерновых культур;
  • сидеральными культурами (люпин узколистный, клевер луговой, горчица белая + пелюшка + овес, редька масличная + пелюшка + овес).

Насыщение бобовыми культурами до 50%. После уборки озимой ржи на зерно подсевали промежуточные пожнивные культуры (редька масличная, горчица белая, рапс яровой). Эти же культуры высевали и поукосно после зерносмесей на зеленый корм и сенаж. Промежуточные культуры в севооборотах занимали от 12,5 до 37,5%. Схемы севооборотов представлены в таблице 1.

Таблица 1. Поступление органического вещества в полевых восьмипольных севооборотах

Удобрения вносили под основные культуры в дозе N45P45K45, под пожнивные и поукосные сидераты — N30. Под посев промежуточных культур применяли ресурсосберегающую поверхностную обработку почвы. Агротехника возделывания культур — рекомендуемая для Нечерноземной зоны. Зеленую массу сидеральных культур в паровых полях и промежуточных посевах после измельчения заделывали плугом на глубину пахотного слоя. Баланс гумуса определяли по методическим указаниям. Дисперсионный и корреляционный анализы проводили по Б.А. Доспехову  с использованием программы Agros 2.07. 

Количество осадков в среднем за вегетационные периоды (2010-2017 гг.) составляло 222-423 мм. Погодные условия за период проведения исследований существенно различались: 

  • 2012, 2015 и 2017 гг. — влажные;
  • 2010, 2013, 2014 гг. — засушливые;
  • 2011 и 2016 гг. — нормальные по увлажнению.
i.ytimg.com
Фото:i.ytimg.com
Органические удобрения

Результаты и их обсуждение 

Принцип биологической интенсификации земледелия предполагает комплексное использование навоза, сидеральных культур, многолетних трав, корнестерневых остатков, отавы многолетних трав и однолетних бобово-злаковых смесей как средств образования органического вещества. Анализ возможных источников поступления органического вещества в почву показал, что на дерново-подзолистых среднесуглинистых почвах основными из них являются навоз и многолетние бобовые травы (клевер луговой и смеси его с тимофеевкой) (табл. 2). 

Таблица 2. Источники пополнения гумуса в почве (2002-2017 гг.)

При недостатке органических удобрений и высокой затратности использования навоза его экономичнее заменить сидеральными культурами или запашкой корнестерневых остатков и отавы клевера. Возврат в почву органического вещества в виде растительных остатков, сидеральной массы в паровых полях и промежуточных посевах способствует образованию и накоплению гумуса.

pixabay.com
Фото:pixabay.com
Клевер красный

Исследования показали, что внесение 10 т навоза равноценно по образованию гумуса использованию в сидеральных парах однолетних бобово-злаковых смесей, донника желтого, люпина узколистного (0,61-0,72 т/га). Сидеральные культуры при хорошей агротехнике формируют урожайность зеленой массы 10,2-29,2 т/га, из которой поступает в почву 0,61-1,75 т/га гумуса. И это количество гумуса только из наземной массы. Из корней, стерневых и пожнивных остатков при более высоком коэффициенте гумификации дополнительно поступает 1,28-2,69 т/га гумуса.

Зерновые культуры в значительно меньшей степени влияют на образование органического вещества в почве. Но если уборку озимых культур проводить на высоком срезе, то в почву может поступать примерно такое же количество органического вещества, что и после многолетних трав одногодичного использования (до 7,39 т/га). Отава многолетних трав, заделанная в почву в сентябре, пополняет запасы органического вещества в большем объеме, чем запашка только корней и стерни клевера лугового (до 12,8 т/га). При этом в почве может образоваться не менее 0,51 т/га гумуса.

Количество вновь образованного гумуса будет зависеть от видового состава растительных остатков, органических удобрений и условий их гумификации. Положительный баланс гумуса достигался в зернотравяных шестипольных и восьмипольных севооборотах с многолетними травами, а также при внесении навоза в чистых и занятых парах. При введении в севообороты 33,4% бобовых культур и посеве на сидеральные цели однолетних трав или донника желтого поступление органического вещества в почву составляло 37,6-44,0 т/га. При этом баланс гумуса был положительным 0,39 и 0,42 т/га. Баланс гумуса увеличивался в положительную сторону и составил 0,60 т/га в севообороте с 50% бобовых культур и внесении 60 т/га навоза при поступлении органического вещества 85,4 т/га. Отрицательный баланс 0,06 т/га получали при 16,7% бобовых культур в структуре севооборота при одногодичном использовании клевера [20].

proearthanimalhealth.com
Органические удобрения

Поступление органического вещества в агроландшафтах зависит также от насыщения севооборотов различными по биологии культурами, применяемых технологий, метеоусловий года и может колебаться, как показали наши исследования, в восьмипольных севооборотах с различными видами паров в пределах 5,89-83,03 т/га (табл. 1). 

С корнестерневыми и пожнивными остатками озимых, яровых зерновых, зернобобовых культур и многолетних трав поступало в зернотравяных севооборотах в среднем на гектар севооборотной площади 5,04-6,96 т/га органического вещества. Сидеральные культуры в паровых полях дополнительно давали 12,5, 20,0 т/га наземной массы, если в структуре севооборота (II, IV) по одному сидеральному пару. Введение в восьмипольный севооборот (VI) двух сидеральных полей (однолетние травы и клевер I г.п.) увеличивало поступление органической массы до 43,9 т/га.

Покровные культуры улучшают состояние почв

Посев одной промежуточной культуры в севооборотах (III, IV, V) после озимой ржи на зерно обеспечивал дополнительно 11,5-12,2 т/га богатой питательными веществами наземной массы, стерни и корней. Увеличение площадей под промежуточными культурами (25,0 и 37,5%) приводило к увеличению поступления органического вещества до 21,5 и 33,8 т/га. В условиях Кировской области только с сухой массой поукосно-корневых остатков этих культур остается до 30% от общего количества органического вещества, синтезированного пожнивными культурами.

При насыщении восьмипольного зернотравяного севооборота (VI) промежуточными культурами (горчица белая, рапс яровой, редька масличная) до 37,5% и двумя сидеральными парами поступление органического вещества увеличивается до 83,03 т/га. Посев на 25% площади севооборота этих культур в севообороте с люпином узколистным дает до 40,96 т/га органической массы. При посеве на 25% севооборотной площади промежуточных культур в сидеральном севообороте (IV) с однолетними травами поступает 38,63 т/га органического вещества. В контрольном севообороте (I) с чистым паром без посева промежуточных культур этот показатель составил только 5,89 т/га.

pinimg.com
Фото:pinimg.com
Органические удобрения

В полевых восьмипольных севооборотах с чистым, занятыми и сидеральными парами достоверных изменений в содержании гумуса за 8 лет не произошло (табл. 3). Перед закладкой опыта содержание общего гумуса по севооборотам составляло 1,90-2,00%. Применение всех средств биологизации способствовало сохранению гумуса на первоначальном уровне — 1,91-2,04%. При содержании гумуса в почве 46,0-48,4 т/га потери его в почве незначительные — 0,3-0,6 т/га. Увеличение содержания гумуса недостоверное, в пределах 0,4-1,1 т/га.

В зависимости от насыщения севооборотов сидеральными парами и промежуточными культурами за 8 лет ротации севооборотов количество вновь образованного гумуса составляло 6,40-11,51 т/га. Расчет баланса гумуса показал, что за 8 лет в контрольном севообороте (I) образовалось 6,40 т/га гумуса (0,80 т в год), при этом минерализовалось 6,90 т/га. При данной структуре посевов без использования органических удобрений и посева сидеральных культур в пахотном слое в год терялось 0,06 т/га гумуса. Наибольшая минерализация (2,01 т/га) была отмечена в чистом пару. Два поля многолетних трав (клевер с подсевом тимофеевки) не могли обеспечить положительный баланс гумуса.

Таблица 3. Баланс гумуса в севооборотах (2009-2017 гг.)

При введении в структуру севооборота (V) двух занятых паров (клевер луговой и смесь редька масличная + овес + пелюшка) обеспечивался положительный баланс гумуса 0,20 т/га. Накопление гумуса в этом севообороте составило 7,64 т/га (0,96 т/га за год) при минерализации 6,08 т/га (0,76 т в год). Посев однолетних трав (редька масличная + вика + овес) в севообороте с двумя полями клевера лугового и посевом пожнивной горчицы белой после озимой ржи на зерно (III) способствовал увеличению образования гумуса до 8,41 т/га (1,05 т/га в год), что обеспечило положительный баланс 0,34 т/га. 

Дальнейшее увеличение в структуре посевов сидеральных паров и промежуточных посевов способствовало значительному накоплению гумуса. Севообороты (II и IV) с сидеральными парами (люпин узколистный и редька масличная + вика + овес) с двумя полями многолетних трав и посевом промежуточных культур повышали образование гумуса до 10,43 и 11,51 т/га (1,30 и 1,34 т/га в год) при минерализации его 0,68 и 0,66 т в год, что обеспечило положительный баланс 0,62 и 0,68 т/га.

Наиболее интересный вариант севооборота (VI) с двумя сидеральными парами (клевер и однолетние травы), с посевом двух поукосных и одной пожнивной промежуточной культурами. Здесь поступало в почву наибольшее количество органического вещества, из которого образовалось 11,51 т/га (1,44 т/га в год) гумуса при балансе его 0,72 т/га. В данном севообороте только с корнестерневыми остатками в пахотный слой поступало 6,85 т/га гумуса, дополнительно с наземной массой сидеральных культур — 2,63 т и органической массой промежуточных крестоцветных культур — 2,03 т. Соответственно ежегодно почва пополнялась на 1,44 т гумуса. 

При сравнении различных видов полевых восьмипольных севооборотов с различными видами паровых полей и посевом промежуточных культур отмечаем, что продуктивность севооборотов зависела от состава и соотношения культур. Чем лучше предшественник для требовательных к плодородию культур, тем выше их урожайность, тем эффективнее использование пашни.

hinc.com
Фото:hinc.com
Почвенный гумус

Средняя урожайность зерновых по севооборотам достоверных различий не имела и составляла 3,22-3,29 т/га. Зависимость урожайности от предшественника в большей степени заметна у озимой ржи. Лучшими предшественниками для нее были клевер I г.п. на сидерат и чистый пар (без внесения органических удобрений), которые обеспечили урожайность в среднем за ротацию 3,10 и 3,05 т/га (НСР05 = 0,40). 

Урожайность яровой пшеницы была выше на 0,16-0,18 т/га при размещении по клеверам II г.п., чем по смеси озимой ржи с озимой викой на зернофураж и зерносенаж (НСР05 = 0,16). Средняя урожайность зерновых: имела высокую корреляционную зависимость от влажности пахотного слоя почвы в фазу всходов (r = 0,79), среднюю зависимость от влажности и продуктивной влаги в фазу колошения (r = 0,59 и r = 0,51), среднюю отрицательную — от плотности почвы в фазу всходов (r = -0,62), биологической активности в слое 0-10 см (r = -0,58), засоренности посевов малолетними сорняками (r = -0,38). Количество гумуса в почве не влияло на уровень урожайности культур. Зависимость урожайности всех культур севооборота от содержания гумуса в пахотном слое (0-20 см) почвы была слабая отрицательная (r = -0,16).

Оценка севооборотов по выходу кормовых единиц показала, что с повышением в структуре севооборотов процента зерновых культур, продуктивность возрастала (табл. 4). В контрольном севообороте (I) при 62,5% зерновых культур получено 4,47 тыс. корм. ед./га. В севооборотах с занятыми парами (III и V) при 62,5 и 75,0% посевов зерновых и зернобобовых получили 4,79 и 4,74 тыс. корм. ед./га, что выше, чем в контрольном севообороте на 0,32 и 0,27 тыс. корм. ед./га (НСР05 = 0,23).

Таблица 4.  Выход зерна и кормовых единиц (2010-2017 гг.)

Севообороты с сидеральными парами (II, IV, VI), многолетними травами и зернобобовыми смесями на зерносенаж проигрывали по количеству полученных кормовых единиц. При введении в структуру посевов до 25% многолетних трав и 12,5% зернобобовых смесей продуктивность севооборотов снижалась до 4,08-4,41 тыс. корм. ед./га или на 0,06-0,39 тыс. корм. ед./га по сравнению с контролем.

Продуктивность севооборотов с паровыми полями, занятыми однолетними травами на корм увеличивалась и за счет зерносмесей. Смеси пелюшка + яровая пшеница + овес и вика + яровая пшеница + овес при уборке их на зерно обеспечивали 1,02-1,30 корм. ед./га. При уборке таких зерно-смесей на зерносенаж получали только 0,55-0,60 корм. ед./га.

Продуктивность изученных севооборотов в сильной степени зависела от количества продуктивной влаги в почве в фазу колошения (r = -0,78) и биологической активности в слое 0-10 см (r = -0,80). Среднюю зависимость отмечали от плотности пахотного слоя в фазу колошения зерновых культур (r = -0,55), биологической активности в слое 10-20 см (r = -0,60), засоренности посевов малолетними и многолетними сорняками (r = -0,40; -0,47).

chid.washington.edu
Фотография носит иллюстративный характер

Выводы 

В результате исследований выявлено, что для сохранения плодородия дерново-подзолистых почв в условиях Кировской области необходимо введение зернотравяных севооборотов с сидеральными и занятыми парами. Для снижения минерализации гумуса необходимо использовать органоминеральную систему удобрения, в частности применение таких сидеральных культур, как клевер луговой, донник желтый, люпин узколистный и промежуточных культур — горчицу белую, редьку масличную, рапс яровой. 

Поступление органического вещества в восьмипольных севооборотах увеличивалось до 17,24-83,03 т/га, что способствовало образованию гумуса в среднем по севооборотам 7,64-11,51 т/га. Баланс гумуса в севооборотах с занятыми парами создавался положительный 0,20 и 0,34 т/га. Замена занятых паров на сидеральные увеличивала баланс до 0,62-0,72 т/га. Выход кормовых единиц повышался в севооборотах с занятыми парами при увеличении в структуре посевов зерновых (62,5 и 75,0%) до 4,74 и 4,79 тыс. корм. ед./га. Зависимость урожайности культур от содержания гумуса в почве слабая отрицательная (r = -0,16). 

Аграрная наука Евро-Северо-Востока / 2019; 20(5):467-477.

Литература:

Полный список.

Узнавайте первыми актуальные агрономические новости России и мира на наших страницах

Больше об Удобрениях

Всё об Удобрениях
VK_DMCA