Обработка как фактор регулирования почвенного плодородия и условий питания растений

Существенное влияние на плодородие черноземов, повышение эффективности земледелия и устойчивости производства сельскохозяйственной продукции оказывает обработка почвы. При этом она определяет эффективность удобрений, продуктивность севооборотов и т.д. А научнообоснованная и правильно подобранная обработка позволяет регулировать почвенное питание растений и физические условия в почве, предотвращать их деградацию и эрозию.

В этой связи, в НИИСХ ЦЧП им. В.В. Докучаева, в течение двадцати лет в стационарном опыте в десятипольном севообороте проводились исследования по изучению различных способов и глубин основной обработки почвы в сочетании с удобрениями и влиянию их на элементы почвенного плодородия и урожай сельскохозяйственных культур. Исследования проводились на черноземе обыкновенном суглинистом среднемощном с агрохимической характеристикой слоя почвы 0-40 см: pH солевой вытяжки - 6,9; гидролитическая кислотность - 1,1 мг-экв./ЮО г; сумма поглощенных оснований - 56,2 мг-экв./100 г; степень насыщенности основаниями - 98,1 %; содержание гумуса - 7,8 %; общего азота - 0,41 %; общего фосфора - 0,2 %; общего калия - 1,7 %. На удобренных делянках минеральные удобрения вносили ежегодно перед основной обработкой почвы в дозе М₆₀РбоК-бо под каждую культуру.

С ростом интенсификации сельскохозяйственного производства и усилением энерго-, ресурсо- и влагосбережения в земледелии как за рубежом, так и у нас в стране стали разрабатываться новые способы обработки почвы и виды почвообрабатывающих орудий: чизельные, плуги со стойками СибИМЭ, орудие типа «параплау» и т. д., отличающиеся по энергозатратности и характеру воздействия на почву как от плоскорезных орудий, так и между собой. К тому же, в последние годы в научной литературе все чаще стали приводиться сведения о высокой эффективности и положительном влиянии на плодородие почвы и урожай сельскохозяйственных культур обработок с применением этих орудий. В связи с ростом энергоносителей очень часто стал рассматриваться и крайний вариант минимализации - нулевая обработка.

Изучение эффективности обработок почвы с применением чизель-ных орудий, орудия типа «параплау», плугами различных конструкций, стойками СибИМЭ и нулевая обработка почвы проводились в краткосрочных опытах отдела земледелия.

Длительными исследованиями установлено, что влажность почвы, содержание в ней нитратов, подвижной фосфорной кислоты и калия, интенсивность микробиологических процессов, накопление корневых остатков, свободных гуминовых кислот, физические свойства почвы изменяются при различных обработках. При этом показатели по перечисленным свойствам почвы бывают более благоприятными по вспашке почвы на глубину от 20-22 см до 25-27 см (табл. 1, 2).

Важным фактором плодородия является почвенная влага. Исследования показали (рис. 1), что по содержанию и динамике доступной влаги обработка почвы с применением чизельных орудий, орудия типа «параплау», стоек СибИМЭ существенно не превосходили отвальные обработки на нормальную глубину.

• -Вспашка на 20-22 см --Чизелевание на 20-22 см
• — • - Чизелевание на 45 см - • Обработка параплау на 20-22 см
• — • Обработка плоскорезом на 20-22 см.......Обработка СибИМЭ на 20-22 см
• — — Без основной обработки ----

Рис. 1. Содержание доступной влаги в 0-100 см слое почвы в период вегетации подсолнечника при различных способах и глубине

обработки, мм (1989-1991 гг.)

В среднем за годы исследований вначале вегетационного периода количество доступной влаги в метровом слое почвы под ячменем и в двухметровом под подсолнечником было одинаковым по всем изучаемым способам основной обработки. Под ячменем находилось в пределах от 183,2 мм при чизелевании на глубину 45 см до 160,2 мм на варианте без основной обработки почвы.

Тенденция снижения влажности почвы на варианте без основной обработки связана с ростом плотности почвы и более интенсивным прогреванием, что приводит к увеличению испарения влаги. Не отмечено статистически достоверных отличий и в содержании доступной влаги по слоям почвы. Лишь при исключении основной обработки прослеживается тенденция снижения доступной влаги в слое почвы 0-20 см. Наибольшее снижение влажности почвы отмечается в годы с сухой весной и в засушливые периоды. Это приводит к получению неравномерных изреженных всходов, что в последствие негативно сказывается на росте растений и урожайности.

Результаты исследований свидетельствуют, что безотвальные способы обработки почвы при любом характере воздействия на обрабатываемый слой не способствуют улучшению водного режима и физических свойств почвы в сравнении со вспашкой на такую же глубину.

Под плодородием подразумевается способность почвы удовлетворять потребность растений в элементах питания, влаге и воздухе, а также обеспечивать условия для их нормальной жизнедеятельности. Поэтому важным показателем в оценке плодородия почв является содержание в ней биогенных элементов, находящихся в доступном для растений состоянии.

Поглотительная способность почвы имеет очень большое значение для питания растений и взаимодействия между почвой и внесенными удобрениями. Поглощенные основания определяют и реакцию почвенного раствора, и питательный режим почвы в целом.

Длительное применение вспашки на оптимальную глубину привело к увеличению суммы поглощенных оснований на 17-20 %, рыхление почвы плугом Мальцева на 13 % и соответственно к незначительному снижению гидролитической кислотности. Применение плоскорезной обработки в севообороте (на 30 см под пропашные и на 10-12 см под зерновые культуры) обозначило тенденцию к снижению этого важного показателя. Устойчивой закономерности в динамике гидролитической кислотности в зависимости от обработки почвы не выявлено (табл. 1).

Двадцатилетний срок изучения основной обработки почвы позволил сделать вывод, что оптимизация агрохимических свойств наступает при отвальной обработке почвы на глубину от 20-22 см до 25-27 см. Показатель солевой вытяжки (pH) в слое почвы 0-40 см практически не изменился и остался близким к нейтральной - 6,8-6,9. Степень насыщенности основаниями достигла порядка 98,12-98,42 %, сумма поглощенных оснований - 61,68 мг-экв./100 г почвы. При глубокой вспашке (свыше 27 см) достоверно снижается количество нитрификаторов, затухают превращения азотсодержащих соединений, «дыхание» почвы и образование подвижных гуминовых кислот. Безотвальные, плоскорезные и минимальные обработки почвы снижали содержание нитратного азота на 1,63-2,35 мг на 1 кг почвы (табл. 1).

1. Влияние различных способов и глубины обработки почвы в сочетании с удобрениями на агрохимические показатели почвы в слое 0-40 см (в среднем за 20 лет)

На фоне вспашки система удобрения повышает количество фосфорной кислоты на 46,9 %, что способствует переходу обыкновенного чернозема из среднего класса обеспеченности подвижным фосфором в класс повышенной обеспеченности. Этим достигается оптимальный уровень фосфатного режима. Несмотря на высокую обеспеченность почвы калием, систематическое применение удобрений в агроэкосистеме зернопропашного севооборота оказывает положительное влияние на калийный режим почвы, повышая количество К?0 на 16,3 % по сравнению с обработкой почвы без их внесения. Сочетание удобрений с безотвальными обработками снижает их эффективность.

По мере увеличения содержания подвижных форм фосфора и калия в черноземных почвах возрастает роль почвенного плодородия в продукционном процессе и уменьшается значение погодного фактора.

Влияние различных способов и глубины обработки почвы на количество водопрочных структурных агрегатов незначительно, хотя тенденция более интенсивного структурообразования сохраняется за вспашкой на нормальную глубину (табл. 2).

2. Влияние различных способов и глубины обработки почвы в сочетании с удобрениями на элементы плодородия черноземов

Наряду с дыханием почвы, интенсивностью образования нитратов важным показателем биогенности и плодородия являются новообразованные гуминовые кислоты. Вспашка почвы на глубину от 20-22 см до 25-27 см способствовала накоплению свежеобразованных гуминовых кислот до 0,133-0,149 % к абсолютно сухой почве. Увеличение глубины вспашки значительно замедляло этот процесс, и их количество уменьшалось до 0,089 %.

Безотвальная обработка создает неблагоприятные условия для деятельности нитрификаторов и азотобактера. Вследствие аккумуляции растительных остатков в верхнем 10-сантиметровом слое почвы на этих обработках в сравнении с отвальной обработкой резко возрастает активность гидролитических ферментов. Повышенная потеря гумуса почвы при этом усложняет проведение всего технологического комплекса по возделыванию культур, в том числе операций, связанных с обработкой почвы, регулированием агрофизических показателей (табл. 2).

С помощью дисперсионного анализа подтверждено, что способы и глубина обработки существенно влияют на микробиологические и биохимические процессы в пахотном слое, следовательно, и на плодородие черноземных почв.

Итоговым показателем может служить урожайность растений, а также плодородие почвы. Растения непосредственно связаны с почвой, следовательно, и с развитием и состоянием почвенной микрофлоры. Поэтому оптимальным следует считать состояние микрофлоры на варианте, где выше урожайность и скорость микробиологической трансформации органического вещества при условии сохранения почвенного плодородия.

Наибольшее количество целлюлозоразлагающих микроорганизмов, разлагающих свежее органическое вещество, отмечено по вспашке на глубину 20-22 см - 65,88 тыс. в одном грамме абсолютно сухой почвы. По мере увеличения глубины вспашки и при безотвальных приемах обработки почвы численность их снижается.

С такой же закономерностью изменяется количество в почве акти-номицетов и азотобактера (табл. 3). Азотобактер - свободноживущий микроорганизм в почве. Очень требователен к факторам почвенного плодородия и считается индикатором высокой окультуренности почвы, для нормальной жизнедеятельности которого требуется хороший воздухообмен. Он практически не развивается в неокультуренной почве, и даже бессменные посевы приводят к снижению численности колоний азотобактера в почве.

При возделывании подсолнечника наибольшая численность азотобактера была по вспашке на глубину 20-22 см; с применением удобрений 77,7 штук в 50 г почвы, без удобрений 61,8 штук. Наименьшее количество азотобактера наблюдалось по безотвальным рыхлениям почвы.

В опытах с сахарной свеклой наибольшее количество азотобактера отмечено так же при вспашке на глубину от 20-22 до 25-27 см - 30,6-33,4 шт. в 50 г почвы. При увеличении глубины вспашки до 30-32 см количество азотобактера уменьшилось до 16,6 штук, а при вспашке на 35-37 см до 8,3 штук. Меньше всего азотобактера было при рыхлении почвы на глубину 25-27 см - 1,4 шт. в 50 г почвы.

Результаты исследований убедительно свидетельствуют, что с помощью обработки почвы можно регулировать не только общую биоген-ность почвы, но и активизировать свободноживущие, азотфиксирующие (в частности азотобактер) микроорганизмы и тем самым повышать количество биологического азота в почве.

3. Влияние различных обработок почвы и удобрений на численность азотобактера в черноземах в слое 0-40 см, шт. в 50 г почвы

Пополнение биологического азота в почве может происходить и за счет клубеньковых бактерий, развивающихся на корневых системах бобовых культур.

Подтверждением более высокого плодородия почвы по отвальным обработкам являлось лучшее развитие клубеньковых бактерий на корнях гороха.

При вспашке на глубину 20-22 см без применения удобрений количество клубеньков на 1 растение в период налива зерна было 78,5 штук. Увеличение глубины вспашки от 25-27 см до 35-37 см снизило количество клубеньков соответственно до 71,6-50,1 шт. в 50 г почвы. Применение навоза и минеральных удобрений в дозе П₆₀Р₆₀К₆о повышало незначительно количество клубеньков на корнях гороха от 4-5 штук по отвальной обработке до 1,8 шт. при плоскорезной обработке.

Наибольшая масса бактериальных клубеньков была по вспашке на глубину 20-22 см, с применением удобрений 24,81 кг/га и без удобрений 23,6 кг/га. Глубокая вспашка и безотвальная обработка почвы снижают массу клубеньков, что отражается на величине поступления биологического азота в растения и почву, это в свою очередь снижает качество получаемой продукции.

Интенсивность образования бактериальных клубеньков колеблется по годам и зависит кроме агротехнических приемов и от погодных условий.

Отвальная обработка почвы на оптимальную глубину может повысить активность азотобактера в полтора-два раза и клубеньковых бактерий на 40-50 %.

Наблюдаемые различия в эффективном плодородии черноземов при отвальных и безотвальных обработках приводят к неодинаковому количеству образования и накопления в почве корневой массы растений. По мере увеличения глубины обработки почвы, при безотвальных способах обработки и ухудшении показателей плодородия уменьшается объем поступления пожнивных и корневых остатков растений в почву, их гумификации и минерализации для расширенного воспроизводства органического вещества почвы.

По безотвальным приемам обработки почвы засоренность значительно выше, чем по вспашке: по плоскорезной обработке - 26,32 штук сорняков на 1м², рыхлению плугом без отвалов - 21,82 шт./м², а по вспашке 14,77 шт./м² (табл. 2).

Таким образом, различные способы и глубина основной обработки почвы существенно влияют на плодородие черноземов и условия питания растений.

4. Влияние различных обработок почвы и удобрений на образование клубеньков на корнях гороха (среднее за три года)

*Примечание: Средний вес бактериального клубенька равен 2,5 мг, густота растений на 1 гектаре - 1,2 млн.