Эффективность полевых севооборотов при различных уровнях интенсификации земледелия в Кировской области
В статье представлены результаты исследований, проведенных в длительном стационарном опыте (1982-2009 гг.) по изучению полевых севооборотов (24 схемы) в условиях различной интенсификации земледелия. В севооборотах с насыщением зерновыми культурами до 83,4% повышалась токсичность почвы на 28,5%, снижалась целлюлозоразлагающая активность микроорганизмов, возрастала засоренность посевов на 11,4-75,1%. Без внесения органических удобрений содержание гумуса за ротацию не изменялось, баланс создавался отрицательный при уменьшении гумуса 0,06-0,08 т/га. Урожайность зерновых снижалась на 0,16-0,26 т/га. При введении в севообороты многолетних и однолетних бобовых трав, сидеральных культур количество водопрочных агрегатов увеличивалось на 6,7-11,7%. Внесение навоза также способствовало увеличению структурности почвы. Активность целлюлозоразлагающих микроорганизмов повышалась после клеверов в 1,2-2,0 раза, почва была нетоксичной.
Засоренность посевов снижалась на 38,5-67,8%. Содержание гумуса увеличивалось при внесении навоза 10 т/га и посеве сидеральных культур (клевер, донник, однолетние травы), баланс гумуса положительный с накоплением 1,14-1,26 т/га. Продуктивность севооборотов с занятыми и сидеральными парами относительно чистого с внесением навоза повышалась на 15,8-35,6%.
В течение ХХ столетия теория и практика севооборота и неразрывно связанных с ними систем земледелия прошла в нашей стране большой и сложный путь своего развития. Менялись общественно-экономические формации, набирал обороты научно-технический прогресс, но забота о «хлебе насущном», о плодородии почвы никогда не утрачивала своей актуальности. Она остается такой же актуальной и в наше время, когда коренные изменения в общественно-политической и экономической жизни России в начале девяностых годов повлекли за собой существенные изменения и в аграрно-промышленном комплексе [1, 2, 3].
В связи с этим актуальной задачей является разработка научно-теоретических основ специализированных и биологизированных севооборотов при различных уровнях интенсификации и специализации земледелия. Обладая природоохранной, почвозащитной и фитосанитарной функциями, севооборот был и остается важнейшим агротехническим и биологическим средством воспроизводства плодородия почвы в рамках современных систем земледелия. Самые интенсивные и прогрессивные технологии бессильны, если нарушается севооборот и закон плодосмена. Эффективность плодосмена тем выше, чем больше различия в биологии и технологии выращивания культур [4, 5].
Цель исследований – совершенствование различных видов полевых севооборотов на дерново-подзолистых почвах для повышения продуктивности пашни, сохранения почвенного плодородия в условиях интенсификации и биологизации сельскохозяйственного производства.
Материал и методы. Исследования проводили в стационарном опыте НИИСХ Северо-Востока, заложенном в 1976 году. В период интенсификации земледелия (1982-1987 гг.) изучали схемы шестипольных специализированных зерновых севооборотов при насыщении зерновыми культурами 50,0%, 66,7 и 83,4% с внесением минеральных удобрений на запланированную урожайность. В 1988-1993 гг. исследования проводили в севооборотах с насыщением бобовыми культурами 33,3 и 50% при внесении различных доз удобрений. В 1996-2001 гг.,в период биологической интенсификации, совершенствовались севообороты с насыщением бобовыми культурами 16,6%, 33,3, 50,0% при использовании биологических средств защиты растений. В 2002-2010 гг. на изучение были взяты шесть восьмипольных севооборотов с различными зернобобовыми смесями и сидеральными 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: рН KCl. 4,8-5,5, содержание Р2О5 – 135-216, К2О – 150-157 мг/кг почвы (по Кирсанову), содержание гумуса – 1,67-1,78% (по Тюрину). Исследования проводили по общепринятым методикам.
Результаты и их обсуждение. В современном земледелии агрофизические свойства являются одним из важнейших показателей почвенного плодородия. Они определяют водный, тепловой, воздушный режимы почв, направление и скорость микробиологических процессов.
Культуры севооборотов оказывали значительное влияние на структуру почвы. В севооборотах, насыщенных зерновыми культурами до 83,4%, структурное состояние оставалось на исходном уровне. При введении в севообороты двух полей клевера лугового количество агрономически ценных водопрочных агрегатов размером 0,25-10 мм достоверно возрастало на 3,9-5,4%. В почве, вышедшей из под клеверов I и II годов пользования, содержалось большее количество водопрочных агрегатов (62,9-69,9%), чем в почве после зерновых культур (52,7-64,8%). В севооборотах, насыщенных бобовыми культурами до 50%, количество водопрочных агрегатов увеличилось на 6,7-11,7%, наибольшее увеличение отмечали в севооборотах с двумя полями клеверов (на 10,8-11,7%). При введении в севообороты картофеля количество водопрочных агрегатов повышалось только на 6,7%. Внесение навоза способствовало увеличению этого показателя на 24,6%. В севообороте с чистым паром и одногодичным клевером отмечена тенденция ухудшения структурного состояния почвы.
В восьмипольных севооборотах количество агрегатов 0,25-10 мм повышалось в звеньях с сидеральным клеверным паром (66%), снижаясь в звене с чистым паром до 62%. Структурное состояние почвы во всех севооборотах по шкале С.И. Долгова и П.У. Бахтина оценивается как «хорошее» (60-80%).
Плотность сложения почвы во всех севооборотах находилась в пределах оптимальной и не превышала после посева 1,26 г/см3, в середине вегетации культур — 1,45 г/см3. Плотность в период вегетации обладала большей сезонной динамикой. Дальнейшее увеличение плотности ведет
к снижению урожайности и целому ряду негативных последствий.
Влагообеспеченность растений определялась в основном количеством выпавших осадков и существенных различий по севооборотам не имела. Наиболее существенные различия можно было видеть в середине вегетации на предшественниках озимой ржи. Недостаточный запас влаги в пахотном слое наблюдался после клеверов и донника в годы с малым количеством осадков. Но, как показали наши исследования, иссушение почвы ликвидировалось в большинстве лет ко времени посева озимых.
При рассмотрении влияния севооборотов с занятыми и сидеральными парами на накопление влаги в почве весьма важным остается вопрос о целесообразности введения в севообороты чистых паров, в частности, оценки их гидрологической роли. В особенно засушливые годы (1999, 2000, 2001) содержание продуктивной влаги в почве составило 10,9-3,3 мм, а в экстремально засушливый 2010 год запасы влаги опускались ниже влажности завядания. В чистом пару влаги накапливалось на 22-49% больше, чем в занятых и сидеральных парах, это говорит о том, что в условиях засухи чистый пар сохраняет весенние запасы влаги. По шкале А.Ф. Вадюниной и З.А. Корчагиной запасы продуктивной влаги в 2010 году оценивались как «неудовлетворительные».
Запасы влаги в метровом слое почвы были достаточно высокими в весенний период 320,6-342,5 мм/га. После посева озимой ржи по чистому пару в почве содержалось 305,5 мм/га, после клеверов — до 289,0, по сидеральным и занятым однолетними травами парам – 290-298,5 мм/га. Запасы влаги оценивались как «очень хорошие».
Довольно заметная корреляционная зависимость наблюдалась между содержанием продуктивной влаги и плотностью почвы. С увеличением плотности на 1% количество продуктивной влаги на 1 см почвы снижается на 1,69-2,35 мм.
Целлюлозоразлагающая активность микроорганизмов в почве зависела от ее влажности и плотности. Интенсивность разложения льняной ткани возрастала в 1,5-2,0 раза под озимой рожью и яровой пшеницей при размещении их после клеверов по сравнению с зерновыми предшественниками. Клевера улучшали водно-воздушный режим почвы, обеспечивая лучшие условия для развития микроорганизмов, что положительно сказалось на последующих культурах.
Токсичность почвы в специализированных зерновых севооборотах повышается на 28,5%. В звеньях с сидеральными парами (донник, однолетние травы, клевер) почва не токсична, показатель токсичности не превышает 7,9%. Бобовые культуры значительно снижают токсичность за счет биогенности почвы, повышая количество микроорганизмов, ускоряющих разложение корнестерневых остатков, что очищает почву от токсинов.
В земледелии севооборотам придается большое значение как эффективному средству борьбы с засоренностью. В севооборотах, насыщенных зерновыми культурами (66,7 и 83,4%), засоренность посевов возрастала в отдельные годы на 11,4-75,1%. Наибольшей эффективностью в борьбе с засоренностью отличаются чистый пар, картофель и клевера. Введение в севооборот клеверов, занятых и сидеральных паров с однолетними травами снижало засоренность на 38,5-67,8%. В севообороте с чистым паром засоренность культур была ниже на 14-28,6% по сравнению с севооборотами с занятыми и сидеральными парами. К концу ротации шестипольных севооборотов засоренность посевов озимой ржи снижалась в 1,2-2,5 раза.
Засоренность почвы семенами сорняков зависела от вида севооборота. Число семян сорняков в слое 0-20 см варьировало от 95,2 в чистом пару до 1344 млн шт./га после зерновых культур, среди сорняков преобладала группа яровых.
Главное условие при введении севооборотов – это обеспечение положительного баланса гумуса. При высоком насыщении севооборотов зерновыми культурами без внесения органических удобрений содержание гумуса в пахотном слое за ротацию не изменилось, баланс был отрицательный, при убыли гумуса на 0,06-0,08 т/га (НСР05 = 0,15). При введении двух полей клеверов баланс положительный с накоплением гумуса 0,13-0,14 т/га. Дальнейшие исследования показали, что при насыщении севооборотов однолетними и многолетними бобовыми травами до 50%, даже при низких дозах органических и минеральных удобрений (5 т и N30P30K30 на 1 га севооборотной площади), возможно сохранение гумуса в почве и некоторое его увеличение. В севообороте с занятым паром (горох + овес) и двумя полями многолетних трав (клевер + тимофеевка) содержание гумуса увеличилось на 0,19% (НСР05 = 0,17). При увеличении дозы навоза до 10 т/га и минеральных удобрений до N60P60K60 в подобном севообороте, но при посеве клевера в чистом виде содержание гумуса возросло на 0,10% (НСР05 = 0,09). В зернопропашном севообороте при внесении 15 т/га навоза под картофель, но без клеверов содержание гумуса оставалось на исходном уровне. Во всех севооборотах с многолетними травами и сидеральными парами баланс гумуса был положительный при накоплении 0,22-0,60 т/га. В восьмипольных севооборотах за ротацию содержание гумуса увеличилось на 0,13-0,22% (НСР05 = 0,08). Севооборот с чистым паром при внесении 40 т/га навоза и севообороты с различными сидеральными парами (донник, клевер, горчица + пелюшка + овес) обеспечили практически равноценное накопление гумуса в почве (1,12 и 1,14-1,26 т/га соответственно). В севообороте с двумя полями одногодичного клевера на сидерат поступление гумуса наиболее высокое, баланс составил +0,43 т/га.
Продуктивность севооборотов определялась, в основном, составом и соотношением культур. В специализированных севооборотах при насыщении до 83,4% зерновыми культурами происходило снижение урожайности зерновых на 0,16-0,26 т/га, но увеличивался сбор зерна на 0,9 т/га севооборотной площади. Средняя урожайность зерновых по севооборотам колебалась от 3,00 до 3,26 т/га. Высокое насыщение севооборотов зерновыми повышало их продуктивность на 4,2-6,8%, которая увеличивалась за счет самой урожайной, в наших исследованиях, культуры — ячменя.
Севооборот с малыми дозами удобрений, при насыщении бобовыми культурами до 50% по продуктивности превосходил севооборот, где дозы удобрений в два раза выше. Зернопропашной севооборот с занятым паром за счет высокой продуктивности картофеля и повышенных доз удобрений (N90P90K90) обеспечивал более высокую продуктивность, чем севообороты с занятым (на 20,5-21,8%) и сидеральным (на 42,6%) парами и двумя полями клеверов при внесении N60P60K60.
В условиях биологической интенсификации (1996-2001 гг.) земледелия и внесении невысоких доз удобрений N30P30K30 продуктивность севооборотов снижается незначительно. В севооборотах с занятыми и сидеральными парами продуктивность была выше на 15,8-35,6%, чем в севообороте с чистым паром при внесении навоза. Применение биопрепарата триходермин повышало продуктивность севооборотов на 0,15-0,23 тыс. корм. ед. Продуктивность шестипольных севооборотов была в пределах 3,00-5,69 тыс. корм. ед. Продуктивность восьмипольных севооборотов без применения органических удобрений в среднем за ротацию была выше на 6,4-10,8%, а в отдельные наиболее урожайные годы превышала контрольный севооборот с внесением навоза на 19,2-23,7% и была в пределах 4,0-7,2 тыс. корм. ед.
Выводы. Таким образом, длительные более чем тридцатилетние исследования показали, что на дерново-подзолистых почвах при научно обоснованном чередовании культур и внесении оптимальных доз минеральных удобрений можно получить высокую урожайность культур – озимой ржи — 3,0-4,5 т/га, яровых зерновых — 3,5-5,7, многолетних трав — 6,0-10,5, однолетних трав — 4,5-8,9, картофеля — 36,5-48,7 т/га. На основе изученных схем севооборотов, которые состоят из лабильных звеньев, можно сформировать наиболее оптимальную для хозяйств различной специализации систему севооборотов, сохраняющую почвенное плодородие при получении наибольшего количества продукции.