В настоящее время, вследствие всемирного экологического кризиса, кардинально меняется система подходов и научных представлений о дальнейших путях развития и ведения традиционного земледелия в мире. Интенсивное земледелие, которое осуществляется в странах Запада, и экстенсивное его ведение в странах с менее развитым сельскохозяйственным производством приводят к практически одинаковым последствиям: деградации почв, загрязнению агрофитоценозов веществами-токсикантами, снижению эффективности земледелия, разрушению ландшафтной среды. В конечном итоге происходит уничтожение самой возможности ведения традиционного земледелия привычными методами и средствами. Выход из сложившейся ситуации видится в переходе от интенсификации к устойчивому, экологически взвешенному – адаптивному земледелию [6].
Для достижения этой цели важное место в системах земледелия отводится научно обоснованным севооборотам, обеспечивающим снижение производственных затрат, повышение плодородия почвы и охрану окружающей среды.
В этой связи изучение на черноземе выщелоченном лесостепной зоны Среднего Поволжья влияния различных видов севооборотов на плодородие почвы и их продуктивность является актуальным и перспективным направлением в земледелии.
Исследования проводились в 2003-2013 гг. в многолетнем стационарном полевом опыте кафедры общего земледелия и землеустройства ФГБОУ ВПО «Пензенская ГСХА».
Почва опытного участка представлена черноземом выщелоченным, тяжелосуглинистым по гранулометрическому составу. Перед закладкой опыта (2003 г.) почва опытного участка характеризовалась следующими показателями: содержание гумуса в пахотном слое 7,96-8,09 %, рНсол.5,03-5,04, легкогидролизуемого азота 169-191 мг/кг, подвижного фосфора 73-93 мг/кг, обменного калия 117-146 мг/кг. По состоянию на 2013 г. содержание гумуса в среднем по опыту составило 6,5%, реакция среды кислая (рНсол 4,8-4,9), обеспеченность азотом высокая, фосфором и калием – средняя.
За период исследований (2003-2013 гг.) в опыте использовались районированные в Пензенской области сорта сельскохозяйственных культур: озимая пшеница – Безенчукская 380; ячмень – Харьковский 99, Волгарь; картофель – Удача; яровая пшеница – Л-503, Тулайковская 10, кукуруза – Бемо 181 СВ; вико-овес – смесь вика Орловская (35 %) + овес Аллюр (65 %); донник волосистый – Солнышко, горчица – Рапсодия.
В 2003–2005 гг. в многолетнем стационарном полевом опыте исследования велись в восьмипольном зернопаропропашном севообороте со следующим чередованием культур: чистый пар – озимая пшеница – картофель – яровая пшеница – вико-овес – озимая пшеница – кукуруза – ячмень.
С 2006 по 2013 гг. севооборот был видоизменен на зернопаротравяной со следующим чередованием культур: чистый пар – озимая пшеница – яровая пшеница – вико-овес + донник – донник 1 г. п. – донник 2 г. п. – озимая пшеница – яровая пшеница. С 2011 года существующий зернопаротравяной севооборот был насыщен промежуточной сидерацией. В 2013 году с целью изучения влияния видов пара в севооборот был введен вариант с сидеральным паром.
Уборку зерновых культур проводили с одновременным измельчением и разбрасыванием соломы. Площадь севооборота – 4,8 га. Площадь одного поля – 0,6 га.
Основным звеном биологического земледелия являются научно обоснованные севообороты. В зональных системах земледелия они являются ведущим организующим звеном, основой эффективного применения систем обработки почвы, удобрений, защиты растений, семеноводства, мелиоративных и других мероприятий.
Севообороты позволяют повысить эффективность плодородия почвы, регулирования пищевого, водного и воздушного режимов почвы, подавления сорной растительности, возбудителей болезней и вредителей растений, при этом не требуя дополнительных материальных затрат, что очень важно для получения экологически чистой растениеводческой продукции и снижение ее себестоимости.
Научно обоснованное размещение культур в севооборотах обеспечивает следующие средние прибавки урожайности: озимой пшеницы – 9,7; яровой пшеницы – 7,1; кукурузы – 32; сахарной свеклы – и 100; подсолнечника – 8 ц/га [4].
В настоящее время во всех странах мира ученые и практики земледелия озабочены все возрастающим снижением содержания гумуса в пахотных почвах. Поэтому необходимо безотлагательно приостановить процесс снижения содержания гумуса в почвах и поддержать его бездефицитный баланс в дальнейшем. Без этого нельзя эффективно использовать в настоящее время все средства интенсификации земледелия. Поэтому севооборотам, их разработке и освоению как основе стабилизации и продуктивности пашни необходимо уделять неотложное и главное внимание.
Одним из этапов в решении задач по оптимизации режима органического вещества является прогнозирование гумусового баланса [6].
В условиях интенсификации земледелия минерализация гумуса значительно возрастает и составляет в зависимости от типа севооборота 0,5–2,0 т/га в год. Это означает, что убыль гумуса в почве за 15–20 лет может достичь 1,0 %. По данным ВНИИ земледелия и защиты почв от эрозии, при существующей технологии обработки черноземы за 30–40 лет теряют 0,8–1,2 % гумуса в пахотном слое, а на склоновых землях – более 3,5 %. В зависимости от степени интенсификации земледелия (удельный вес пропашных, зерновых, бобовых трав в севообороте, наличие чистого пара, применение минеральных удобрений, орошение и т.д.) и типа почвы содержание гумуса в почве может ежегодно уменьшаться в среднем на 0,5–1,0 т/га [3].
Результаты расчетов по обоснованию минерализации и образованного гумуса в исследуемых нами севооборотах показали, наибольший отрицательный баланс гумуса сложился в зернопаропропашном севообороте (2003–2005 гг.) и составил -6545,2 кг/га (таблица).
Сильное воздействие на почву оказывают многолетние травы (донник, клевер, эспарцет). В зернопаротравяном севообороте (2006–2010 гг.) за счет введения в структуру посевных площадей многолетних трав (донник) баланс гумуса заметно снизился и составил 1717,6 кг/га. Это связано с тем, что травы обогащают почву органической массой за счет поступления корневых и пожнивных остатков, которые способствуют накоплению элементов питания в пахотном горизонте почвы и дополнительно стимулируют активность азотфиксирующих микроорганизмов. По данным отдела земледелия Тамбовского НИИСХ, урожайность севооборота с двумя полями многолетних трав обеспечивает положительный баланс гумуса. За ротацию (10 лет) его содержание в пахотном слое (0-30 см) увеличилось с 6,85 до 7,20 % [5].
Таблица – Прогнозируемый баланс гумуса в зависимости от вида севооборота
|
Вид севооборота |
Минерализуется гумуса, кг/га |
Количество вновь образованного гумуса, кг/га |
Баланс гумуса, кг/га |
|
Зернопаропропашной севооборот (2003–2005 гг.) |
9653,2 |
3108,0 |
-6545,2 |
|
Зернопаротравяной севооборот (2006–2010 гг.) |
6144,4 |
4426,8 |
-1717,6 |
|
Зернопаротравяной севооборот (2011–2013 гг.) |
6492,6 |
5268,8 |
-1223,8 |
|
Сидеральный (2012–2013 гг.) |
4369,6 |
6072,8 |
+1703,2 |
В 2011-2013 гг. в зернопаротравяной севооборот была введена после озимых культур пожнивная сидерация (горчица), которая обеспечила снижение дефицита органического вещества, и баланс гумуса составил -1223,8 кг/га. По данным Н.В. Лагуткина (2013), за короткий вегетационный период горчица накапливает высокий урожай зеленой массы. В среднем за годы исследований (20 лет) он составил 22,5 т/га и 90 % корневой системы. В переводе на сухое вещество – 7,5 т/га. При запашке в почву сидерата, в общей сложности, в почву поступает: азота – 116 кг, фосфора – 40 кг и калия 171 кг – это эквивалентно внесению 30 т/га навоза.
Научными учреждениями Среднего Заволжья было выявлено влияние сидерации на урожайность и почвенное плодородие. В опытах Оренбургского НИИСХ баланс гумуса в сидеральных парах был положительным, а содержание гумуса увеличивалось на 0,5–0,7 % [6]. В наших исследованиях замена чистого пара в зернопаротравяном севообороте на сидеральный (2010-2013 гг.) обеспечила получение положительного баланса гумуса +1703,2 кг/га.
Оценка воспроизводства плодородия почвы тесно связана с агрономической и агроэкологической оценкой севооборотов. Оценка севооборотов должна производиться в сопоставимых единицах по выходу продукции на единицу севооборотной площади выраженной в зерновых, кормовых, денежных, энергетических единицах [1, 7].
Результаты оценки севооборотов по продуктивности представлены на рисунке.
№1 – Зернопаропропашной севооборот (2003–2005 гг.)
№2 – Зернопаротравяной севооборот (2006–2010 гг.)
№3 – Зернопаротравяной севооборот (2011–2013 гг.)
№4 – Сидеральный севооборот (2012–2013 гг.)
Рисунок – Продуктивность видов севооборотов в зерновых единицах, т/га
В зернопаропропашном севообороте (2003-2005 гг.) за счет насыщения культурами интенсивного типа (картофель, кукуруза) продуктивность была наибольшей и составила 3,40 т зерновых единиц с гектара. В 2006 году после выведения из структуры посевных площадей пропашных культур продуктивность зернопаротравяного севооборота снизилась и составила 2,18 т зерновых единиц с гектара. В дальнейшем для увеличения продуктивности (2,55 т зерновых единиц с гектара) зернопаротравяного севооборота (2011-2013 гг.) он был насыщен многолетними травами и промежуточной сидерацией. Введение в существующий севооборот варианта с сидеральным паром позволил увеличить продуктивность севооборота до 2,78 т зерновых единиц с гектара.
Длительное изучение (более 10 лет) различных видов полевых севооборотов позволило сделать вывод о возможности стабилизации плодородия почвы и повышения продуктивности севооборотов путем насыщения их промежуточной сидерацией, сидеральным паром и многолетними травами.
Рецензенты:
Смирнов А.А., д.с.-х.н., профессор, директор ГНУ Пензенский НИИСХ Россельхозакадемии, г. Пенза.
Семина С.А., д.с.-х.н., профессор кафедры «Переработка сельскохозяйственной продукции» ФГБОУ ВПО «Пензенская ГСХА», г. Пенза.