Влияние способа заделки органического удобрения на плодородие серой лесной почвы, урожайность и качество продукции

Полный текст

Введение

Освоение современных систем земледелия предполагает воспроизводство и повышение плодородия почвы [1—4].

Плодородная почва отличается от неплодородной активностью и интенсивностью происходящих в ней биологических процессов. Плодородие — динамичный, изменчивый показатель, требующий постоянного его поддержания на необходимом уровне [5, 6]. Внесение небольших доз органических удобрений и частые механические обработки приводят к быстрому его разложению и накоплению нитратного азота, который очень подвижен в почве и часто вымывается из пахотного слоя, что экономически не выгодно и экологически небезопасно.

Потери органического вещества почвы и элементов минерального питания можно компенсировать внесением органических, минеральных [7, 8] и сидеральных удобрений [9, 10]. Использование сидеральных удобрений ограничено из-за преимущественного применения растительной массы некоторых растений в качества корма для с/х животных. По данным САС «Ивановская» для бездефицитного баланса гумуса на легкосуглинистых дерново-подзолистых и серых лесных почвах необходимо вносить 10…12 т/га, на среднесуглинистых — 8…10 т/га навоза хорошего качества [11, 12].

По сведениям В.Н. Кудеярова в настоящее время в среднем на 1 га пашни вносится не более 1,0 т/га органических удобрений. Вынос макроэлементов компенсируется на 7…28 %, а с учетом органических удобрений — на 14…34 %. Ежегодное отрицательное сальдо баланса азота составляет 34…50 кг/га, фосфора — 9…16, калия — 38…64 кг/га. За последние два десятилетия почвы недополучили 845 кг/га азота, 260 кг/га фосфора и 990 кг/га калия [13].

Из-за увеличения площадей кислых почв в Нечерноземной зоне недобор урожаев составляет 8…10 млн т, в целом по РФ — 16…18 млн т в пересчете на зерно, а в перспективе может достигнуть 20…22 млн т, при этом ухудшается качество продукции [14].

По данным Г.Н. Ненайденко отрицательный баланс главных элементов питания в почвах Ивановской и Владимирской областей составляет более 110 кг/га в д.в. [11, 12]. По расчетам А.А. Завалина, Г.Г. Благовещенской, за прошедшие 5 лет в земледелии России с удобрениями внесено 9,96 млн т питательных веществ, а с урожаем культур вынесено 45 млн т. Большая часть урожая формируется за счет мобилизации почвенного плодородия без компенсации выносимых элементов питания [15].

Экспериментами многих исследователей убедительно доказано преимущество глубокой ярусной заделки органических удобрений, при которой происходит углубление пахотного слоя, препятствующее вымыванию питательных веществ и его уплотнению, а также повышается коэффициент их использования. Глубокая ярусная вспашка с заделкой внесенного органического удобрения создает обратно гетерогенное по плодородию строение пахотного слоя почвы [16]. Для формирования этого слоя используются ярусные плуги, с помощью которых производят периодическое, раз в 4-5 лет, оборачивание пахотного горизонта в сочетании с мелким поверхностными обработками.

Цель исследования — изучить влияние глубокой ярусной заделки органического удобрения в 9-польном севообороте на плодородие серой лесной почвы и продуктивность севооборота.

Материалы и методы исследования

Полевой опыт закладывали в СПК «Племзавод им. Дзержинского» Гаврилово-Посадского района Ивановской области. Схема опыта включала заделку 100 т/ га подстилочного навоза под ярусный плуг ПЯ-3-35 на глубину 25…27 см, обычный плуг ПН-4-35 — на 20…22 см и дисковую борону БДТ-3 — на 15…18 см.

Опыт заложен в четырехкратной повторности в 9-польном севообороте на серой лесной среднесуглинистой почве, мощность пахотного слоя которого 21…22 см. Площадь опытной делянки 120 м². Кроме навоза вносили N₆₀P₆₀K₆₀ кг/га д.в. Содержание в пахотном слое гумуса составило 2,78…2,82 %, нитратного азота N–NO₃ — 15,4…16,9 мг/кг почвы, Р₂О₅ и К₂О — 151…159 и 141…154 мг/кг почвы соответственно. Обменная кислотность рН_КCI — 5,9…6,1, гидролитическая Н_Г — 2,43…2,32 мг-экв/100 г, сумма поглощенных оснований — 18,3…18,9 мг-экв/100 г почвы. Опыты проводили, используя общепринятые методики^[1].

Метеоусловия в годы исследований складывались по-разному. Так гидротермический коэффициент Селянинова (ГТК) за вегетацию в 2008 г. составил 1,78, 2010 г. — 1,9, 2014 г. — 1,79, что соответствует влажному вегетационному периоду, в 2009 г. значения ГТК составили 0,93 — недостаточно увлажненный при норме 1,4. Оптимально увлажненными были годы 2011 г. — 1,47, 2012 г. — 1,12 и 2017 г. — 1,33. Как очень влажный характеризовался 2013 г. — ГТК составил 2,57, засушливыми оказались 2015 и 2016 гг., когда ГТК не превышал 0,75 и 0,72. Следовательно, в большинстве лет погода в периоды вегетации растений оказалась контрастной, что не совсем благоприятно сказалось на росте и развитии культур.

Результаты исследования и обсуждение

Изменение плодородия почвы по разным способам заделки подстилочного навоза происходило неодинаково. При всех способах внесения навоза отмечается положительный баланс гумуса и элементов минерального питания растений, за исключением содержания магния, дефицит которого в среднем по способам обработки составил 65,7 кг/га (табл. 1).

Таблица 1. Баланс питательных веществ в севообороте (2008—2016 гг.)

Элемент плодородия	Единицы измерения	Способ внесения органического удобрения
		ПН­4­35, 20…22 см	ПЯ­3­35, 25…27 см	БДТ­3, 15…18 см
Поступление питательных веществ из органического удобрения, ПКО и NPK
Выход гумуса	т/га	13,6	13,7	13,7
Азот	кг/га	1069	1127	1090
Фосфор	кг/га	750	782	781
Калий	кг/га	1115	1111	1110
Кальций	кг/га	505	542	504
Магний	кг/га	243	246	242
Вынос питательных веществ с урожаем
Выход гумуса	т/га	9,58	9,61	9,61
Азот	кг/га	1012	1068	1002
Фосфор	кг/га	715	754	716
Калий	кг/га	946	996	947
Кальций	кг/га	495	532	495
Магний	кг/га	305	323	300
Сальдо питательных веществ в почве
Выход гумуса	т/га	4,02	4,09	4,09
Азот	кг/га	57,0	59	88
Фосфор	кг/га	35,0	28	65,0
Калий	кг/га	169	115	16,
Кальций	кг/га	10,0	10,0	9,0
Магний	кг/га	–62,0	–77,0	–58,0

 

Также выявлено, что баланс фосфора при ярусной обработке значительно ниже, чем при других приемах обработки. Накопление фосфора с учетом потерь по обычной вспашке составило 35,0 кг/га, поверхностной обработке — 65,0 кг, ярусной — 28,0 кг/га. На сальдо питательных веществ в почве большое влияние оказал вынос питательных веществ с урожаев.

В целом же отмечено расширенное воспроизводство плодородия по всем обработкам. Если при расчете содержание гумуса по системам обработки получены близкие данные — около 4,02 и 4,09 т/га, то по результатам лабораторного анализа почвенных образцов обнаружены значительные расхождения, особенно при глубокой ярусной заделке навоза (табл. 2). Так при дисковании прирост гумуса по сравнению с исходным показателем составил 6,9 т/га, при традиционной вспашке — 7,8 т/га, ярусной — 14,4 т/га. При глубокой ярусной обработке гумуса накопилось на 6,6 т/га (или 1,85 раза) больше, чем при обычной вспашке, и на 7,5 т/га (2,1 раза), чем при дисковании. Процесс гумусообразования успешнее протекал при ярусной обработке, о чем свидетельствуют коэффициент гумификации органического вещества, который составил 60…70 %, тогда как в вариантах дисковой и обычной заделки он не превышал 25 и 30 %.

По данным С.С. Сдобникова из 1 т полуперепревшего навоза при запашке на 20…22 см обычным плугом образуется 35…50 кг [17] гумуса, по данным А.Н. Жукова и П.Д. Попова — 60 кг [18].

Для интенсивного формирования гумуса необходимо, чтобы процесс минерализации органического вещества происходил при разных условиях: в аэробных и анаэробных. На это в своих трудах указывал П.А. Костычев [19].

Аэробные и анаэробные условия создаются при проведении глубокой запашки навоза ярусным плугом ПЯ-3-35 на 25…27 см. Если по мелким заделкам органическое вещество практически полностью разлагалось почвенной биотой в течение 2–3 лет, то глубокой запашке на дно борозды оно сохранялось около пяти лет.

Пожнивно-корневые остатки (ПКО) заделывали при помощи тяжелой дисковой бороны на глубину 16…18 см. При такой заделке ярусная вспашка создавала как бы «слоенный пирог» — внизу навоз, а сверху органические остатки. Распределенное таким образом органическое вещество в почвенной толще при глубокой заделке формировало обратно гетерогенное строение пахотного слоя, в некоторые годы нижний слой оказывался плодороднее верхнего. Ярусный плуг, благодаря мощному предплужнику, точно укладывает на заданную глубину верхний слой почвы, богатый органическим веществом, загрязненный семенами сорняков и болезнями, что не наблюдалось при вспашке обычным плугом, даже с предплужниками производившим обычное перемешивание верхней части пашни на глубину 16…18 см.

Анализ динамики показателей плодородия почвы показал, что обменная кислотность несколько снизилась по всем технологиям заделки навоза по сравнению с исходными данными (табл. 2). Если по уравнительному посеву она не превышала 6,05 и 6,08 рН, то в конце опыта составила по дискованию — 6,11, ярусному плугу — 6,18 и обычному плугу — 6,15, т.е. снизилась на 0,07, 0,13 и 0,03 единиц соответственно.

Таблица 2. Изменение плодородия почвы при разных способах заделки навоза

№ п/п	Элемент плодородия	Год	ПН­4­33 (20…22 см)	ПЯ­3­35 (25…27 см)	БДТ­3 (15…18 см)
1	Обменная кислотность рНКСl	2007	6,08	6,05	6,08
		2008	6,10	6,08	6,10
		2016	6,15	6,18	6,11
2	Содержание N­NO3, мг/кг почвы	2007	17,3	17,4	17,1
		2008	17,9	18,1	18,0
		2016	21,7	23,6	21,9
3	Содержание Р2О5,  мг/кг почвы	2007	160	161	166
		2008	172	168	174
		2016	180	210	189
4	Содержание К2О,  мг/кг почвы	2007	161	160	158
		2008	172	183	176
		2016	186	208	184
5	Сумма поглощенных оснований, мг­экв/100 г	2007	18,3	18,7	18,8
		2008	20,6	22,0	20,2
		2016	23,0	25,3	21,8
6	Содержание гумуса, %	2007	2,81	2,83	2,80
		2008	2,84	2,87	2,85
		2016	3,01	3,20	2,99
	Прирост гумуса, %, (т/га)		0,2 (7,8)	0,37(14,4)	0,19 (6,9)

Примечание. 2007 г. — уравнительные посевы овса (исходные данные).

 

Вероятно, снижение кислотности происходило из-за выноса посевами клевера из нижнего слоя в верхний кальция и магния.

Что касается N–NO₃, то к концу ротации севооборота его содержание увеличилось на 25,4 % при заделке обычным плугом, на 35,6 % при ярусной запашке и на 28,1 % при дисковой обработке.

К завершению ротации севооборота содержание в почве Р₂О₅ на варианте ярусного плуга возросло на 30,4 %, обычного плуга ПН-4-35 — на 12,5 %, дискования — на 13,8 %. Прирост К₂О по вспашке на 20…22 см 15,5 %, на 25…27 см — 30,0 %, по дискованию на 15…18 см — 16,4 %.

Сумма поглощенных оснований увеличилась на 25,7 и 12,6 % при применении традиционного плуга, на 35,3 и 17,1 % двухъярусного и на 16,0 и 7,4 % дисковой бороны. В улучшении этих показателей, немаловажную роль сыграли посевы клевера.

Важную роль в повышении плодородия почвы играют водно-физические и биологические свойства почвы: содержанию влаги, водопрочной структуры, плотности сложения, наличию дождевых червей. Изучаемые агрокультуры имеют свой оптимальный диапазон плотности: для озимых зерновых — 1,20…1,40 г/см³, яровых зерновых — 1,15…1,30 г/см³. Важна плотность и для формирования гумуса — лучше всего этот процесс происходит при плотности 1,30…1,35 г/см³.

В исследованиях средняя плотность в слое 0—30 см под озимой пшеницей при обработке двухъярусным плугом не превышала 1,23, обычным плугом — 1,26 и БДТ-3 — 1,27 г/см³. Под яровыми культурами она составила 1,21, 1,25 и 1,27 г/см³ соответственно. Больше водопрочных агрегатов под озимыми культурами наблюдалась при глубокой вспашке — 57,6 %, меньше по обычной — 53,0 % и дискованию — 55,4 %, под яровыми соответственно — 55,2, 53,0 и 52,3 %.

Дождевые черви улучшают физические свойства почвы, участвуют в разложении органического вещества, обеспечивая растения элементами минерального питания, в частности азотом, фосфором и кальцием.

В опытах количество дождевых червей под озимой пшеницей на варианте обычной вспашки составило 44 экз./м², ярусной — 47 и дисковой обработке — 41 экз./м², их общая масса соответственно — 1,80, 1,83 и 1,68 кг/га. При этом ими было выделено капролита — 13,00, 13,84 и 12,07 т/га соответственно.

Благоприятные условия роста и развития растений позволили обеспечить урожай озимой пшеницы после занятого пара по двухъярусному плугу 4,56 т/ га, обычному плугу — 4,35, дискованию — 4,36 т/га, после многолетних трав — 4,59, 4,43 и 4,41 т/га соответственно (табл. 3).

Таблица 3. Урожайность и качество зерновых культур при различных способах  заделки навоза (2008—2016 гг.)

Вариант опыта	Урожайность, т/га	Сырой белок, %	Клейковина, %	Крахмал, %	Азот общий, %	К20, %	Р2О5, %
		Озимая пшеница после занятого пара
1	4,35	12,2	28,2	56,2	2,45	0,52	0,54
2	4,56	13,6	31,2	59,0	2,58	0,53	0,59
3	4,36	12,3	29,4	56,3	2,41	0,52	0,54
НСР05	0,16
		Озимая пшеница после многолетних трав
1	4,43	14,9	36,4	54,8	2,28	0,46	0,57
2	4,59	15,4	37,6	56,3	2,31	0,50	0,60
3	4,41	14,9	36,2	54,3	2,18	0,47	0,57
НСР05	0,14
		Яровая пшеница
1	3,23	14,9	36,4	54,8	2,28	0,46	0,57
2	3,58	15,4	37,6	56,3	2,31	0,50	0,60
3	3,15	14,9	36,2	54,3	2,18	0,47	0,57
НСР05	0,13
		Яровой ячмень
1	3,42	13,4	3,68*	60,0	2,15	0,78	0,92
2	3,67	14,2	3,64*	63,0	2,23	0,95	0,94
3	3,10	13,3	3,67*	59,0	2,09	0,77	0,90
НСР05	0,15
		Овес
1	3,85	12,8	28,2	40,1	2,37	0,67	0,55
2	4,65	14,3	30,9	43,9	2,44	0,74	0,59
3	4,46	13,2	29,8	42,6	2,43	0,68	0,57
НСР05	0,14

Примечание. * — Содержание клетчатки.
Условные обозначения: 1 — ПН-4-35 на 20…22 см, 100 т/га; 2 — ПЯ-3-35 на 25…27 см; 3 — БДТ-3 на 15…18 см.

 

Общий сбор зерна с 1 га севооборотной площади при обычной запашке составил 19,4 или 3,87 т зерновых единиц, при глубокой ярусной заделке — 20,1 т или 4,21 т/га з.е., по дискованию соответственно 19,5 т и 3,90 т/га. По ярусному плугу урожайность зерновых культур по сравнению с обычной вспашкой была выше на 1,77 т/га, или на 8,4 %, с дискованием — на 1,57, или на 7,5 %.

При этом содержание сырого белка составило 13,6 и 14,5 %, клейковины — 31,2 и 37,6 %, крахмала — 59 и 56,3 %. При ярусной обработке в зерне больше содержалось фосфора и калия. Содержание общего азота варьировало от 2,31 до 2,58 %.

Урожайность яровой пшеницы с подсевом многолетних трав по ярусной обработке составила 3,58 т/га, что выше обычной вспашки на 0,35 т/га, дискования — на 0,43 т/га. При запашке ярусным плугом в зерне содержалось: белка — 15,4, клейковины — 37,6, крахмала — 56,3, фосфора и калия — 0,50…0,60 % (см. табл. 3). В то же время в вариантах заделки ПН-4-35 и БДТ-3 зерно содержало: белка — 14,9, клейковины — 36,4 и 36,2, крахмала — 54,8 и 54,3, фосфора — 0,57, калия — 0,46…0,47 %.

По глубокой обработке урожай ячменя достиг 3,67, по плугу ПН-4-35 — 3,42, БДТ-3 — 3,10 т/га с содержанием белка — 14,2, 13,4 и 13,3 %, общего азота — 2,23, 2,15 и 2,09 %, фосфора — 0,94, 0,92 и 0,90, калия — 0,95, 0,78 и 0,77 % соответственно (см. табл. 3).

Продуктивность овса на участке ярусной обработки почвы оказалась 4,65, БДТ-3 — 4,46 и ПН-4-35 — 3,85 т/га с содержанием в зерне белка соответственно — 14,3, 12,8 и 13,2 %, клейковины — 30,9, 28,2 и 29,8 %, крахмала — 43,9, 40,1 и 42,6 %, общего азота — 2,44, 2,37 и 2,43 %, калия — 0,74, 0,67 и 0,68 %, фосфора — 0,59, 0,55 и 0,57 % (см. табл. 3). Таким образом, при глубокой ярусной обработке культур севооборота были выше продуктивность и качество продукции.

Заключение

1. Запашка навоза плугом ПЯ-3-35 на глубину 25…27 см повысила:

— содержание гумуса по сравнению с обычной вспашкой на 6,6 т/га, с дискованием — на 7,5 га/га;
— количество дождевых червей на 3 и 6 особей;
— общую биологическую активность почвы.

2. Заделка подстилочного навоза на дно борозды двухъярусным плугом улучшила водно-физические свойства пахотного слоя, увеличила накопление влаги в пахотном слое, количество водопрочных агрегатов на 4,6 % по отношении к обычной вспашке и на 5,3 % по дискованию, снизила плотность сложения на 0,03 и 0,04 г/см³ соответственно.
3. Глубокая ярусная запашка органического удобрения повысила на 7,0 % продуктивность возделываемых культур по отношению к обычной вспашке и на 6,7 % — к дискованию, улучшила качество продукции.

---

^{1 ГОСТ 26213—91. Почвы. Методы определения органического вещества. М., 1991. 6 с.
ГОСТ 26951—86. Почвы. Определение нитратов ионометрическим методом. М., 1986. 8 с.
ГОСТ 54650—2011. Почвы. Определение подвижных соединений фосфора и калия по методу Кирсанова в модификации ЦИНАО. М., 2019. 8 с.
ГОСТ 26212—91. Почвы. Определение гидролитической кислотности по методу Каппена в модификации ЦИНАО. М., 1992. 6 с.
ГОСТ 27821—88. Почвы. Определение суммы поглощенных оснований по методу Каппена. М., 1988. 6 с.}

Об авторах

Иван Григорьевич Мельцаев

Ивановский научно-исследовательский институт сельского хозяйства - филиал ФГБНУ «Верхневолжский федеральный аграрный научный центр»

Автор, ответственный за переписку.
Email: ivniicx@mail.ru

доктор сельскохозяйственных наук, профессор, ведущий научный сотрудник отдела кормопроизводства и агрохимии

153506, Ивановская область, Ивановский р-н, с. Богородское, ул. Центральная, д. 2

Сабир Тюменбегович Эседуллаев

Ивановский научно-исследовательский институт сельского хозяйства - филиал ФГБНУ «Верхневолжский федеральный аграрный научный центр»

Email: ivniicx@mail.ru

кандидат сельскохозяйственных наук, доцент, директор

153506, Ивановская область, Ивановский р-н, с. Богородское, ул. Центральная, д. 2

Список литературы