Севооборот — фактор повышения плодородия почвы и продуктивности агрокультур в Верхневолжье

22.01.2021
Опыт
2700

Ивановский научно-исследовательский институт сельского хозяйства — филиал ФГБНУ «Верхневолжский ФАНЦ»

Для того чтобы севооборот выполнял свое предназначение необходимо иметь соответствующий набор культур, исходя из почвенно-климатических особенностей зоны, их оптимальное соотношение в структуре посевов. Рациональная структура посевов позволяет более полноценно использовать пашню и, тем самым, произвести большее количество растениеводческой продукции, обеспечивая охрану окружающей среды. Полевые культуры, в зависимости от объема оставляемых пожнивно-корневых остатков, по-разному воздействуют на процессы накопления и минерализации почвенного гумуса [1].

Проблема сохранения и повышения почвенного плодородия тесно связана с применением всех возможных форм органического удобрения (навоз, компост, зеленое удобрение, солома и т.д.). Для обеспечения бездефицитного баланса гумуса в дерново-подзолистую почву требуется дополнительное внесение органического удобрения хорошего качества в количестве 8,0 т/га, с обязательным использованием посевов многолетних трав двухгодичного использования [2].

В сложившихся условиях ликвидация бездефицитного баланса гумуса представляет некоторую проблему в связи с сокращением количества внесения навоза. В последние годы внесение органического удобрения снизилось до 1,5-2,0 т/га, минеральных — до 20-25 кг/га д.в. (Росстат, 2016). Дефицит навоза в Верхневолжском регионе составляет около 6,0-7,0 т/га, минеральных туков — 80-100 кг/га. В целях восполнения дефицита органического вещества в почве, как отмечают некоторые ученые-аграрники, необходимо широко использовать зеленое удобрение и солому.

В настоящее время экономическое положение аграрного производства, вследствие сложившегося диспаритета цен, ухудшилось. Поэтому многолетние бобовые культуры представляют большой интерес как энергосберегающие, поскольку все основные затраты при их возделывании относятся лишь к первому году, а со 2-го года они составляют примерно 15-20% от предыдущих затрат [3].

Широко известно, что севооборот является основой любой зональной системы земледелия, важным фактором интенсификации и создает условия для применения интенсивных технологий. Главная задача севооборота — направленное регулирование влияния культурных растений на агрофизические, агрохимические свойства почвы, водный и температурный режимы.

obrezka-sada.ru
Внесение органических удобрений

Одним из реальных путей, позволяющих улучшить ситуацию в отечественном земледелии — включение в севооборот традиционных биологических форм воспроизводства почвенного плодородия. Здесь наибольшего внимания заслуживает расширение практики травосеяния, увеличения в севооборотах доли многолетних трав, прежде всего, бобовых. При возделывании бобовых растений не только обеспечивается сбалансированность кормов по протеину, но и пополняется почва биологическим азотом до 300 кг/га [4].

Следовательно, система севооборотов по-прежнему остается ключевым звеном современного земледелия, так как весь комплекс задач по рациональному использованию пашни, воспроизводству плодородия почвы, ее защите от эрозии, охране окружающей среды и всего агроландшафта может решаться только лишь при оптимальном соотношении культур в рамках научно обоснованной и хорошо адаптированной для данной почвенного-климатической зоны системы севооборота [5].

Цель исследований — дать оценку агрофизических и агрохимических свойств дерново-подзолистой легкосуглинистой почвы, урожайности сельскохозяйственных культур в биологизированном севообороте при насыщении его на 50% бобовыми культурами и высоком уровне минерального питания.

Условия, материалы и методы

Почва опытного участка — дерново-подзолистая легкосуглинистая, типичная для региона. В слое почвы 0-20 см содержалось: гумуса 2,32%, подвижного фосфора — 221 мг/кг почвы, обменного калия — 212 мг/кг, рН (КСL) — 5,7, сумма поглощенных оснований — 6,7 мг-экв/100г.

Полевой опыт был заложен на базе Ивановского НИИСХ в трехкратной повторности. Исследования проводились в период 2016-2018 гг. в шестипольном севообороте при насыщении его на 50% бобовыми культурами со следующим чередованием культур: пар (вика+овес), яровая пшеница +клевер, клевер 1 г.п., клевер 2 г.п., озимая пшеница, овес.

Удобрения вносили под предпосевную культивацию. Обработка почвы — общепринятая для региона (орудия обработки — плуг, дисковая борона, плоскорез, культиватор КПС-4, сцепка зубовых борон, сеялка зернотравяная). Дернину многолетних трав сначала дисковали бороной БДТ-3 на 6-8 см, а затем проводили запашку на 20-22 см ПН-4-35. В остальных случаях использовали в зависимости от климатических условий БДТ-3 со сцепкой средних борон, либо обработку на 14-16 см плоскорезом КПЭ-3,8 с последующей обработкой КПС-4 на 10-12 см. После выравнивания поверхности пашни проводили посев зернотравяной или обычной сеялкой.

В период исследований определяли влажность и объемную массу почвы, биологическую активность почвы (метод полотен), засоренность посевов методом наложения рамок. На каждом варианте опыта проводили учет пожнивно-корневых остатков и урожая.

Результаты и обсуждение

Анализируя режим увлажнения почвы в севообороте и отдельно по культурам, мы пришли к выводу, что нет никакой зависимости в содержании продуктивной влаги от дозы удобрений NРК-90 кг/га. За вегетацию в среднем в Верхневолжье выпадает 350-400 мм осадков, но бывают и засушливые или чрезмерно увлажненные годы. Так, в целом сухим оказался вегетационный период 2016 года, когда ГТК не превышало 0,72 (за вегетацию выпало 158 мм). В 2018 году увлажненность вегетационного периода соответствовала норме — 1,32. Переувлажненным был 2017 год (ГТК =2,9), основное количество осадков выпало в мае (90 мм) и июле (106 мм).

В наших исследованиях в слое 0-20 см максимальное количество влаги выявлено в занятом пару (вика + овес) (табл. 1). В мае на контрольном варианте запасы влаги составили 38,8 мм (или 388 м³/га), в июне 28,5 мм (285 м³/га). По дозе NРК-90 кг/га в мае их соответственно было 39,6 мм (396 м³/га), в июне — 28,4 мм (284 м³/га). Затем следует клевер 2 г.п. и замыкает яровая пшеница + клевер.

Основную роль в накоплении влаги в почвенном слое сыграли осенние и зимние осадки. Как показывают данные таблицы 1, минеральные удобрения практически не влияли на данный процесс.

Таблица 1. Запасы продуктивной влаги в слое почвы 0-20 см, мм (2016-2018 гг.)

Культура2 декада мая3 декада июня
контрольN₉₀Р₉₀К₉₀контрольN₉₀Р₉₀К₉₀
Пар (вика + овес)38,839,628,528,4
Яровая пшеница + клевер31,130,521,521,9
Клевер 1 г.п.33,133,823,324,2
Клевер 2 г.п.38,438,124,225,5
Озимая пшеница36,136,025,925,4
Овес33,333,021,221,6
Средняя35,135,124,124,5

Важным показателем физического состояния почвы, характеризующим, в некотором роде, эффективное плодородие, считается плотность ее сложения. Значение плотности почвы в земледелии многосторонне, особенно она важна при регулировании водно-воздушного и температурного режимов, развитии корневой системы, обеспечении культур питательными веществами. Чем плотнее почва, тем труднее проникает корневая система растений в нижние слои, что отрицательно сказывается на продуктивности растений.

В нашем опыте на паровом фоне в слое 0-20 см плотность оказалась в пределах оптимальных значений для зерновых культур (табл. 2). Она колебалась от 1,23 г/см³ на контрольном участке до 1,21 г/см³ при внесении NРК-90. Наибольшие показатели отмечались, как и следовало ожидать, под клевером 2 г.п. — 1,40 и 1,39 г/см³ соответственно. Высокая плотность сложения также выявлена на варианте контроля под клевером 1 г.п. и озимой пшеницей — 1,36 и 1,37 г/см³ соответственно, а по фону NРК — 1,34 и 1,36 г/см³. Причина этому явлению — длительное отсутствие механической обработки почвы.

Таблица 2. Влияние уровня минерального питания на плотность почвы, г/см³

КультураКонтрольN₉₀Р₉₀К₉₀
см
0-1010-200-1010-20
Пар (вика + овес)1,201,251,181,24
Яровая пшеница + клевер1,221,261,201,26
Клевер 1 г.п.1,321,391,311,36
Клевер 2 г.п.1,381,421,371,40
Озимая пшеница1,331,401,321,39
Овес1,221,271,191,26
Средняя1,281,331,261,32

Примерно на одинаковом уровне была плотность сложения почвы под яровой пшеницей и овсом.

По удобренному фону отмечается слабая тенденция к снижению плотности почвы. Этому способствовало более активное развитие корневой системы возделываемых культур, формирующей микропоры в корнеобитаемом слое почвы.

Одним из значимых показателей плодородия почвы является ее биологическая активность, определяемая по интенсивности разложения льняного полотна. Почвенные микроорганизмы участвуют также в минерализации органических удобрений, пожнивных и корневых остатков культур, трансформации минеральных удобрений и сложных соединений в доступную для растений форму.

В опыте оценивали биологическую активность почвы аппликационным методом по скорости разложения льняного полотна в течение периода вегетации культур. Установлено, что возделывание в севообороте однолетних и многолетних бобовых трав стимулировало активность почвенной микрофлоры. Минерализация льняной ткани интенсивнее происходила под клевером первого года пользования на контроле — 35,6% и 42,7% по NРК, а также второго года — 31,9 и 37,3% соответственно. В пару эти значения соответствовали 26,5 и 34,4%. Наиболее низкие показатели были на яровой пшенице с подсевом клевера, где на контроле ткань распалась лишь на 13,9%, на фоне удобрений — на 18,2% (табл. 3).

Внесение минеральных удобрений в дозе NРК-90 кг/га в среднем увеличило интенсивность минерализации льняного полотна на 6,2% относительно контроля. Этому, по-нашему мнению, способствовал более высокий объем оставляемых растительных остатков и корневой системы, являющихся питательным субстратом для целлюлозоразлагающей микрофлоры.

Таблица 3. Влияние культур и уровня минерального питания на разложение льняной ткани, %

КультураУровень минерального питания
контрольN₉₀Р₉₀К₉₀
Пар (вика+овес)26,534,4
Яровая пшеница + клевер13,918,2
Клевер 1 г.п.35,642,7
Клевер 2 г.п.31,037,3
Озимая пшеница20,927,2
Овес20,125,2
Средняя24,630,8

На контроле количество пожнивно-корневых остатков (ПКО) у клевера составило 61,4 ц/га, что в 2 раза превышало викоовсяную смесь, в 1,55 раза — озимую пшеницу и в 2,3 раза — овес (табл. 4). На удобренных делянках по всем культурам поступление растительных остатков в почву было выше: у клевера — 75,5 ц/га, викоовсяной смеси — 38,5, озимой пшеницы — 45,2 и овса — 39,4 ц/га. Меньше всего объем ПКО был при возделывании яровой пшеницы — 21,9 и 28,3 ц/га соответственно.

Бобовые травы в севообороте снижают напряженность в азотном питании растений за счет его фиксации и благодаря большому объему оставляемых растительных остатков, богатых азотом. Почва пополняется органическим веществом примерно на 35-40% [6].

Таблица 4. Поступление в почву растительных остатков, ц/га абсолютно сухой массы

КультураРастительные остатки в слое почвы 0-30 см
контрольN₉₀Р₉₀К₉₀
корнипожнивные остаткивсегокорнипожнивные остаткивсего
Клевер луговой42,518,961,452,223,375,5
Вико-овсяная смесь22,37,930,227,211,338,5
Озимая пшеница25,913,639,524,715,545,2
Овес18,18,426,527,112,339,4
Яровая пшеница14,57,421,917,610,728,3
Всего за ротацию123,356,2179,5148,873,1226,9
Средняя24,711,235,929,714,645,4

В рамках наших исследований, применяемая доза минеральных удобрений (NРК-90) оказала влияние на формирование агрохимических свойств дерново-подзолистой почвы. Содержание гумуса по вариантам опыта за исследуемый период при внесении NРК имело тенденции к повышению под всеми изучаемыми культурами. Максимальное увеличение гумуса выявлено на варианте многолетних трав 2 г.п. — 0,19%, озимой ржи — 0,16%, занятого пара — 0,15%, овса с его приращением — 0,14%, яровой пшеницы с подсевом клевера и клевера 1 г.п. — 0,11%. В целом средний прирост содержания гумуса на вариантах с NРК-90 кг/га составил 0,14% по отношению к контролю. На контроле увеличение гумусовых веществ было отмечено только на вариантах занятого пара, овса и озимой пшеницы. На первых двух культурах прирост гумусовых соединений составил 0,01%, на третьей — 0,02%. В то же время на участках яровой пшеницы и клевера 1 г.п. выявлено его снижение соответственно на 0,15 и 0,05% по отношению к исходной величине. Под клевером второго года пользования прирост остался на уровне первоначального значения (табл. 5). В целом на контрольном варианте отмечено снижение содержания гумуса на 0,03% или на 1,1 т/га, что определило его отрицательный баланс, а на удобренных участках прирост гумуса составил 5,17 т/га.

Из анализа содержания гумуса в почве можно сделать вывод о том, что даже насыщение севооборота бобовыми травами не обеспечивает достаточное количество органического вещества для улучшения гумусового составляющего. Поэтому для поддержания положительного баланса гумуса необходимо либо внесение навоза, либо высоких доз минеральных удобрений для увеличения выхода ПКО. Об этом свидетельствуют полученные данные наших исследований: при внесении NРК-90 кг/га растительных остатков было достаточно для формирования положительного баланса гумуса — 2,43%, а без использования минеральных удобрений (контроль) баланс получился отрицательным — 2,29% при исходной величине 2,32%.

Таблица 5. Влияние минеральных удобрений на агрохимические свойства почвы (слой 0-20 см)

КультураДоза удобренийрНсолNО₃-P₂O₅K₂OГумус, %
мг/кг
Пар (вика + овес)05,619,12282142,33
(NРК)905,728,82352622,48
Яровая пшеница +клевер05,512,01951462,17
(NРК)905,719,02281752,29
Клевер 1 г.п.05,319,52001542,27
(NРК)905,822,42352092,34
Клевер 2 г.п.05,813,52421672,32
(NРК)906,036,32503492,51
Озимая рожь05,513,01952482,34
(NРК)905,817,802353112,50
Овес05,912,201771262,33
(NРК)906,123,02351922,47
Средняя05,6014,82061762,29
(NРК)905,5824,52362492,43

Что касается содержания нитратного азота, подвижного фосфора и обменного калия, то здесь имеем ту же тенденцию, как при формировании гумуса. В сравнении с контролем их накопление на делянках с внесением удобрений было значительно выше. Так, содержание нитратного азота увеличилось на 59%, подвижного фосфора — на 72,8% и обменного калия — на 70,4%, а кислотность почвенного раствора уменьшилась на 0,25 ед. по сравнению с контролем.

Важной проблемой земледелия считается борьба с сорняками. При отсутствии мер борьбы их масса может в несколько раз превышать количество и массу возделываемых культур. Это значит, что потребление воды и питательных веществ сорняками будет выше, чем культурными растениями. В этом случае, сформированные агротехникой и удобрениями, благоприятные факторы будут использоваться в меньшей степени выращиваемыми культурами, чем быстрорастущими сорняками.

glavagronom.ru
Сорняки в посевах пшеницы

П.А. Костычев [7] считал уничтожение сорной растительности важнейшим средством борьбы с засухой. По этому поводу он написал: «Какая польза будет от того, что мы приводим почву в прекрасное состояние, обеспечивающее сохранение почвенной влаги, если сорняки не будут истреблены. Высокая влажность почвы только поможет распространению сорных трав и для растений культурных не только не останется влаги, но они еще будут заглушены сорной растительностью».

В нашем опыте наиболее конкурентными в борьбе с сорняками оказались озимая пшеница и клевер 1 г.п. Следовательно их количество на вариантах озимой пшеницы и клевера 1 г.п. было достоверно меньше по сравнению с яровой пшеницей, клевером 2 г.п. и овсом. В посевах клевера 1 г.п. засоренность была на уровне 80 шт/м2 на контроле и 140 шт/м² на удобренном фоне, а по озимой пшенице — 82 и 84 шт/м² соответственно (табл. 6). 

Наибольшей была засоренность посевов яровой пшеницы — 136 и 140 шт/м² соответственно, клевера 2 г.п. — 130 и 132 шт/м², овса — 112 и 116 шт/м². Данные культуры оказались менее конкурентоспособными к аборигенной растительности. Вносимые минеральные удобрения несущественно увеличивали численность сорняков, кроме посевов клевера 1 г.п.

Таблица 6. Засоренность культур севооборота, шт/м²

Вариант опытаКонтрольN₉₀Р₉₀К₉₀
многолетниеоднолетниевсегомноголетниеоднолетниевсего
Пар (вика+овес)40801204088128
Яровая пшеница + клевер2411213620120140
Клевер 1 г.п.4040804856104
Клевер 2 г.п.52781304884132
Озимая пшеница186482206484
Овес32801123284116
Средняя32761083583118

Созданные благоприятные агрофизические и агрохимические условия при применении однолетних и многолетних бобовых трав положительно сказались на урожайности выращиваемых культур (табл. 7). Так, урожайность озимой пшеницы по пласту многолетних трав составила на контроле 41,7 ц/га зерновых единиц (з.е.), а на удобренном фоне — 52,4 ц/га. Яровой пшеницы по викоовсяному пару соответственно 29,9 и 37,2 ц/га, овса — 33,8 и 44,2 ц/га. Продуктивность многолетних трав 1 г.п. на контроле была на уровне 17,5 ц/га, по удобренному фону — 22,1 ц/га, трав второго года пользования соответственно 19,2 и 27,9 ц/га зерновых единиц. Использование минеральных удобрений было эффективным, так как прибавка урожая варьировала от 24,4 до 45,7%.

Таблица 7. Урожайность культур в севообороте, ц/га зерновых единиц (2016-2018 гг.)

СевооборотЧередование культур в севооборотеКонтроль (без удобрений)N₉₀Р₉₀К₉₀Различие с контролем
6-польный, 50% бобовых трав1. Пар (вика+овес)9,212,53,3
2. Яровая пшеница + клевер29,937,27,3
3. Клевер 1 г.п.17,522,14,6
4. Клевер 2 г.п.19,227,98,7
5. Пшеница озимая41,752,410,7
6. Овес33,844,210,4
Средняя урожайность25,232,77,5 
НСР₀₅6,20

Прибавка от NРК по отдельным культурам была следующей:

  • викоовсяной смеси — 36,2%;
  • клевера 1 г.п. — 26,6%;
  • клевера 2 г.п. — 45,5%;
  • озимой пшеницы — 25,7%;
  • яровой пшеницы — 24,4%;
  • овса — 30%.

В среднем прирост урожайности по NРК составил 7,5 ц/га з.е.

Расчет экономической эффективности показал, что уровень рентабельности севооборота на удобренном фоне составил 182%, а на контроле — 73,4%.

Выводы

Использование бобовых культур и NРК-90 кг/га позволило снизить плотность почвы по сравнению с контролем на 0,015 г/см³. Масса пожнивно-корневых остатков на удобренных делянках была больше по отношению к неудобренным на 24%.

В связи с поступлением большого количества органических остатков в почву на участках внесения удобрений, к концу ротации севооборота отмечено увеличение гумуса на 0,14% в сравнении с исходной величиной. На этих участках кислотность почвы снизилась на 0,25 ед., повысилось содержание нитратного азота по отношению к контролю на 9,7 мг/кг, подвижного фосфора — на 30, и обменного калия — на 73 мг/кг почвы. Содержание нитратного азота увеличилось на 59%, подвижного фосфора — на 72,8% и обменного калия — на 70,4%.

На вариантах с внесением минеральных удобрений в целом прирост урожайности культур на 7,5 ц/га зерновых единиц выше, чем на контроле.

Литература
  1. Мельцаев И.Г., Зинченко С.И., Мазиров М.А. Экологическое обоснование повышения продуктивности агросистем Верхневолжья. Иваново: ПресСто, 2017. 383 с.
  2. Ладонин В.Ф., Алиев А. Комплексное применение гербицидов и удобрений в интенсивном земледелии. М.: Агропромиздат, 1991. 200 с.
  3. Эседуллаев С.Т. и др.. Многолетние кормовые растения — резерв получения кормового белка // Достижения и основные пути развития аграрной науки Верхневолжья: сб. материалов. Выпуск 9. Иваново, 2003. 384 с.
  4. Прянишников Д.Н. Избранные сочинения. М.: ИАН, 1995. 596 с.
  5. Лошаков В.Г. Севооборот и плодородие почвы / под ред. В.Г. Сычева. М.: Изд-во ВНИИ агрохимии им. Д.Н.Прянишникова, 2012. 512 с.
  6. Шрамко Н.В., Мельцаев И.Г. Биологизированные севообороты — решение проблемы повышения плодородия дерново-подзолистых почв // Ресурсосберегающие технологии и резервы их эффективности в АПК Верхневолжья: сб. трудов. Иваново, 2008. С. 116-128.
  7. Костычев П.А. Почвоведение. М.: Cельхозиздат, 1940. 300 с.

Узнавайте первыми актуальные агрономические новости России и мира на наших страницах

Больше о полезном опыте агрономов

Всё о полезном опыте агрономов
VK_DMCA