Тактика формирования эффективного плодородия: опыт и тенденции

На долю механической обработки почвы приходится 40% энергетических и 25% трудовых затрат. Поэтому проблема минимизации этого процесса очень важная, хоть и не новая, многократно поднимающаяся и за рубежом, и в России, но до сих пор остающаяся открытой и актуальной.

В Воронежском федеральном аграрном научном центре им. В.В. Докучаева опыты по обработке почвы ведутся уже более 80 лет.

Александр Новичихин – кандидат с.-х. наук, заведующий отделом агрохимии и кормопроизводства – поделился результатами интересного и информативного опыта, проведение которого длилось более 30 лет, начиная с конца 1960-х годов прошлого века.

В частности, читатели узнают о:

• способах основной обработки черноземов Воронежской области с позиций сохранения потенциального и формирования эффективного плодородия;
• причинах снижения содержания гумуса на черноземах и урожайности полевых культур при глубоких вспашках, плоскорезной и безотвальной обработках.

Зная и правильно оценивая результаты данного опыта, можно подвести теоретическую базу под основную обработку почвы.  И у агрария не будет возникать вопросов, пахать или не пахать, а если пахать, то как?

Варианты опыта в 10-польном севообороте включали:

• ежегодные вспашки на 20, 25, 30 и 35 см;
• ежегодную обработку плоскорезом на 10 см – под зерновые культуры, на 30 см – под пропашные культуры;
• ежегодное рыхление плугом без отвала на 25 см;
• разноуровневое рыхление на разной глубине вспашки.

Изучение велось на двух полях без применения удобрений и с их применением. Результаты опытов показали, что различные приемы основной обработки почвы оказывают неодинаковое влияние как на формирование эффективного, так и на уровень потенциального плодородия чернозёма.

Изменения глубины вспашки поверхностной и безотвальной обработки почвы хоть и обеспечивали некоторые изменения агрофизических свойств чернозема, включая плотность, пористость, аэрацию и другие показатели, однако все изменения не выходили за пределы оптимальных диапазонов этих показателей.

По накоплению весенних запасов влаги и их расходования культурами существенных отличий между различными приемами обработки почвы получено не было. Вместе с тем было установлено, что при разных приемах основной обработки почвы отмечалось изменение распределения корневых масс растений по профилю почвы.

На примере озимой пшеницы показано, что при углублении вспашки с 20 до 35 см существенная масса корней перемещается из слоя 0-20 см в слои 20-40 и 40-60 см, а при плоскорезной обработке больше прижимается к поверхности почвы.

Также было установлено, что различными обработками достигается неодинаковая заделка и распределение послеуборочных растительных остатков и удобрений в почве:

• при вспашке на глубину 20-25 см происходит удовлетворительная заделка и относительно равномерное распределение остатков в обрабатываемым слое;
• при углублении вспашки – наибольшее количество органических остатков попадает в нижнюю часть пахотного слоя, а на поверхность выносится энергетически менее обеспеченный слой.
• обработка почвы без оборота пласта приводит к аккумуляции основного количества корневых остатков в верхнем слое почвы, а значительная часть посевных остатков и удобрений остается не заделанной.

При этом с углублением вспашки наиболее заметное снижение плодородия произошло в верхнем слое почвы 0-20 см, а по плоскорезной и безотвальной обработках – в нижележащих слоях, то есть в тех прослойках почвы, которые в результате обработки остаются обедненными свежими растительными остатками.

Это явление уместно сравнить с черным паром, в котором отсутствие поступления свежих растительных остатков обусловливает более существенные потери гумуса из почвы, чем в почве под какой-либо культурой. Применение удобрений способствовало поддержанию валовых запасов гумуса в почве на более высоком уровне.

Детализация исследования показала, что с увеличением глубины вспашки и при обработках почвы без оборота пласта биологические процессы трансформации органического вещества по сравнению со вспашкой на глубину 20-25 см смещаются в сторону снижения гумусообразования и усиления минерализации. Было установлено расширение отношений между количеством микроорганизмов, ассимилирующих минеральный и органический азот.

Снижение ферментативной активности полифенолоксидазы, катализирующей синтез гумуса и повышение активности пероксидазы и каталазы, участвующих в его разложении, уменьшение новообразования гуминовых кислот. При этом наибольшее усиление процессов минерализации органического вещества по глубоким вспашкам происходит в слое 0-20 см, а по безотвальным обработкам – в нижележащих горизонтах.

Кроме этого, как отмечают многие исследования, оставление на поверхности почвы стерневых остатков при безотвальных обработках обусловливает процесс их разложения, который можно сравнить с тлением или медленным горением, при которых не происходит ни образования гумуса, ни поступления в почву минерального азота.

Итогом проведенных исследований стал вывод о том, что вспашка на глубину 20-25 см, обеспечивающая наиболее равномерное распределение растительных остатков по профилю обрабатываемого слоя, создает наиболее благоприятные условия для сохранения гумуса. Глубокие вспашки и безотвальная обработка, обеспечивающая локализацию послеуборочных остатков в отдельных прослойках пахотного слоя, ведут к снижению содержания гумуса в целом пахотном горизонте.

Обобщение результатов учета урожая в целом за три ротации десятипольного севооборота показало, что наибольший сбор кормовых единиц в целом по севообороту получен при ежегодной вспашке на 20 см.

В другом опыте, проведенном в последние годы, наибольшая продуктивность пашни также отмечена по отвальной вспашке на глубину 20-22 см. Безотвальная вспашка и плоскорезы снизили сбор кормовых единиц на 2-3 ц/га.

Вспашка на 25-27 см оказалась предпочтительной под сахарную свеклу и кукурузу.

От приемов обработки почвы зависит накопление и распределение доступных элементов минерального питания по профилю почвы.

В таблице представлено содержание и распределение доступного фосфора по слоям почвы под горохом. Из данных видно, что наибольшее содержание доступного фосфора в слое почвы 0-40 см отмечено по вспашке на 20-22 см. Увеличение глубины вспашки и особенно применение безотвального способа обработки почвы приводит к снижению доступности фосфора в почве.

Кроме этого, по сравнению с отвальной вспашкой, при плоскорезной и безотвальной обработке основное количество фосфора концентрируется в поверхностном слое почвы, а это чревато тем, что при иссушении верхнего слоя почвы, что часто бывает летом в период даже непродолжительной засухи, фосфор переходит в недоступное состояние.

Такая же ситуация с обменным калием – в слое почвы 0-40 см при плоскорезной обработке его содержание по сравнению со вспашкой уменьшается примерно на 20%. При этом основное количество (около 45%) концентрируется в верхнем 10-сантиметровом слое почвы.

В связи с этим ученые ФГБНУ «Федеральный Исследовательский центр Немчиновка» для улучшения поглощения растениями питательных веществ из почвы в засушливые годы рекомендуют один раз за ротацию проводить глубокую вспашку, с предварительным внесением под нее высоких доз навоза и минеральных удобрений. В остальные годы проводить обычные и мелкие обработки со стартовыми дозами удобрений.

Интенсивность биологических процессов в пахотном слое почвы при различных обработках достаточно наглядно характеризует процесс нитрификации. На графике указана динамика накопления нитратов за период с конца апреля и до второй половины июля на паровых площадках, то есть там, где отсутствует его потребление растениями.

В ранневесенний период наибольшее содержание нитратов в 40-сантиметровом слое почвы содержится при плоскорезной обработке (кривая №4), по вспашке на 20 см его количество немного меньше (кривая №1), а при более глубокой вспашке (линии №2 и №3) нитратов ещё меньше.

Однако уже в конце мая прирост нитратов при плоскорезной обработке практически прекращается. По отвальным обработкам он продолжается и чем глубже вспашка, тем больше темпы прироста. Из этого следует, что по культурам с длинным периодом вегетации (сахарная свёкла, подсолнечник, кукуруза на зерно) пахать необходимо глубоко, а по культурам, использующим плодородие почвы в ранневесенний период (озимые зерновые, однолетние травы, ячмень особенно для пивоваренных целей), можно обойтись и поверхностной обработкой. Но следует иметь в виду, что получение качественного зерна озимой пшеницы по минимальным обработкам намного проблематичнее, чем по вспашке. Следовательно, внекорневые обработки в первую очередь необходимо проводить там, где под озимой пшеницей ранее использовалась поверхностная обработка.

Фитосанитарное состояние почв является одним из важнейших показателей плодородия. Почва, свободная от сорняков, вредителей и болезней, а также токсических веществ, выделяемых растениями, микрофлорой и продуктами разложения органического вещества, обеспечивает высокую продуктивность возделываемых культур и эффективность вкладываемых средств.

Безотвальные обработки, как при краткосрочном, так и при длительном систематическом их применении, а также полное исключение обработок приводит к росту засоренности посевов, особенно многолетними корнеотпрысковыми сорняками, способствует усилению поражаемости культур болезнями и вредителями. Следовательно, при безотвальной обработке и при прямом посеве необходимо применение пестицидов, а это увеличивает экологическую напряженность в агроландшафте.

Обобщение результатов исследования по центрально-чернозёмной зоне и другим регионам показало, что отвальная обработка почвы по сравнению с безотвальной способствует снижению на 50-60% поражение ячменя корневыми гнилями, почти двукратному снижению повреждения злаковых культур шведской мухой, а также их поражению мучнистой росой, септориозом и ржавчиной.

При плоскорезной обработке по сравнению со вспашкой снижается всхожесть семян из-за наличия большого количества пожнивных остатков в посевном слое, ухудшающих контакт семян с почвой, обеспеченность их влагой и увеличением болезнетворных начал.

Но есть и положительная сторона – это более низкая затратность этого способа обработки.

Учитывая различия в потребности основных сельскохозяйственных культур в обработке, Воронежским федеральным аграрным научным центром для различных агроэкологических районов Воронежской области разработаны ресурсосберегающие системы обработки почвы для различных видов севооборота.

На изображении представлено соотношение способов основной обработки почвы для разных агроэкологических районов Воронежской области:

• для северного и центрального регионов приоритет отдан отвальной обработке почвы;
• для южных районов доля отвальной и безотвальной обработки примерно уравнена;
• для западной части области по сравнению с центральной и восточной частями области больше больший процент отведен противоэрозионной обработке почвы.

Полный переход на безотвальную систему обработки, как показывает опыт, не только повышает экологическую напряженность в агроландшафтах, ведет к снижению содержания гумуса в почвах, но и ухудшает экономическую составляющую земледелия за счёт дополнительных затрат на агрохимикаты.