Перспективы минимальной и нулевой систем обработки почвы на черноземах Среднего Поволжья

Чрезмерная интенсификация обработки сельскохозяйственных земель, неоправданное применение глубокой вспашки приводят к ухудшению физико-химических свойств почвы, разрушению ее структуры, усилению эрозионных процессов . В  решении узловых проблем экологизации земледелия в настоящее время приоритет отдается  минимизации обработки почвы и прямому посеву.

Минимальная обработка позволяет обеспечить уменьшение механических воздействий почвообрабатывающих машин на почву и уплотняющего действия их ходовых систем на нее, сокращение проходов агрегатов по полю. После мелкой обработки почвы, а также после обработки прорастающих сорняков и падалицы зерновых культур гербицидами сплошного действия, при благоприятных условиях можно применять нулевую обработку. И по сей день остаются дискуссионными вопросы об уровне минимизации основной обработки почвы, месте и кратности глубокой и мелкой обработок, вспашки и безотвального рыхления. Это позволяет констатировать, что совершенствование систем и способов обработки почвы остается важной задачей. Поэтому целью наших исследований было проведение сравнительной агротехнологической и экономической оценки систем обработки почвы в равнинных условиях Среднего Поволжья.
Опыты закладывались на полях ФГБНУ Ульяновского НИИСХ в 2011-2017 гг. Почва опытного участка была представлена слабовыщелоченным тяжелосуглинистым черноземом на желто-бурой карбонатной глине. Пахотный слой характеризуется следующими показателями: механический состав почв тяжелосуглинистый, (частиц 0,01мм – 45 %). Мощность гумусового горизонта 79 см, содержание гумуса 5,8 %, реакция pН водной вытяжки верхнего горизонта – 7,0 вниз по профилю увеличивается до 8,1. Почвы не засолены легкорастворимыми солями, сухой остаток не превышает 0,98 %. Питательными веществами почва высокообеспечена.

Исследования проводили в зернопаровом севообороте со следующим чередованием культур: 1 – чистый пар; 2 – озимая пшеница; 3 – яровая пшеница, 4 – горох, 5 – озимая пшеница; 6 – ячмень. Изучали эффективность отвальной, комбинированной, минимальной и нулевой системы обработки почвы.
Отвальная система включала в себя вспашку на 20-22 см в чистом пару, под яровую пшеницу и ячмень; под горох – вспашку на 25 см.
Комбинированная – безотвальную обработку на 20-22 см в чистом пару, под яровую пшеницу и ячмень; под горох – вспашку на 25 см и поверхностную обработку в занятом пару.
Минимальная – мелкую обработку почвы под все культуры.
«Нулевая» – без обработки, прямой посев. За контроль в опытах была принята отвальная система основной обработки почвы.
Опыты были проведены в лесостепи Среднего Поволжья в зоне с умеренно-континентальным климатом. По условиям увлажнения зона характеризуется неравномерным распределением осадков как по периодам года, так и во время вегетационного периода. В среднем за год выпадает от 380 до 520 мм, в том числе за апрель-октябрь 260-310 мм. Среднегодовая температура воздуха варьирует в пределах +2,7 °С – +3,8 °С, а гидротермический коэффициент составляет 0,8-1,0.
Метеорологические условия в годы проведения исследований были контрастными. Вегетационные периоды во все годы исследований характеризовались повышенным температурным режимом. Превышение над средней многолетней нормой (13,5 С^о) составило, в 2011 г. – 0,8 °С, в 2012 г. – 3,1 °С, в 2013 г. – 2,3 °С, в 2014 г. – 1,1 °С, в 2015 г. –1,0 °С, в 2016 г.–  3,0 °С,  в 2017 г. – 0,9 °С. Типизация лет периода исследований на основе ГТК теплого периода свидетельствуют о том, что 2015 год и 2016 год были умеренно-засушливыми (на 4-16 % ниже многолетней нормы), 2014 г. был засушливым (на 28 % ниже многолетней нормы). Повышенным увлажнением отличались 2012, 2013 и 2017 годы (на 37 %-6 %-22 % выше многолетней нормы), в 2011 году увлажнение было на уровне многолетней нормы (263 мм).
В полевых опытах изучали физические свойства почвы ее водный режим, биологическую активность, урожайность культур. Была дана экономическая и энергетическая оценки изучаемых систем обработки почвы. Наблюдения, определения и учеты были проведены по общепринятым методикам.

Результаты исследований

В среднем Поволжье распространены в основном плодородные черноземы, обладающие водопрочной структурой, оптимальным сложением для полевых культур. Естественная плотность зависит от метеоусловий, времени года, влажности почвы, растений и составляет от 1,10 г/см³ до 1,30 г/см³, т.е. находится в пределах оптимальных значений для яровых зерновых и озимых культур. Этот факт дает основание уменьшить интенсивность обработки по глубине и кратности за счет минимализации ее приемов.
Научной основой для перехода к ресурсосберегающим технологиям служит установленная закономерность: минимальная обработка почвы, применяемая в севообороте даже длительные сроки, не ухудшает по сравнению со вспашкой большинство параметров почвенного плодородия. Такие показатели, как водные свойства, пищевой режим и урожайность оказываются близкими как по минимальной обработке, так и вспашке. Что касается водопрочных агрегатов, а этот показатель характеризует эрозионную устойчивость почвы, здесь в конце ротации возрастает роль мелкой и нулевой обработки.
Наши опыты подтвердили данное утверждение. Черноземы лесостепи Поволжья по генетическим особенностям обладают хорошей структурностью, поэтому интенсивность структурообразования почвы не имела существенных различий по содержанию структурных комочков в пахотном слое как на ежегодной вспашке, минимальной обработке, так и на варианте, где обработка почвы отсутствовала
Комковато-зернистая макроструктура с размером агрегатов от 0,25 мм до 10 мм мало зависела от систем обработки почвы и составила по вспашке 75,2 %, по беспахотным вариантам – 75,6-76,5 %  . Количество водопрочных агрегатов было высоким и не опускалось ниже 76 %, поэтому на всех изучаемых вариантах обработки почвы их величины были в оптимальных пределах (табл. 1).

Таблица 1. Влияние способа обработки почвы на агрофизические свойства слоя почвы 0-30 см (среднее за 2011-2017 гг.)

Обработка почвы	Содержание			Плотность, г/см3	Биологическая активность, %
	агрономически ценныхфракций 0,25-10 мм, %	водопрочных агрегатовбольше 0,25 мм, %	продуктивнойвлаги, мм
Отвальная	75,2	76,9	115,4	1,23	20,2
Комбинированная	75,5	76,9	121,5	1,22	20,3
Мелкая	75,6	76,7	119,1	1,25	21,2
Нулевая	76,5	77,9	115,3	1,25	20,2

 

В результате повышенных температур и низкой влажности почвы в период вегетации в большинстве из исследуемых лет биологическая активность почвы в целом была слабой.
Различия в показаниях плотности сложения почвы по вариантам обработки были не большими. При проведении минимальной и нулевой обработки плотность почвы составила 1,25 г/см³, на вариантах с отвальной и комбинированной системой обработки – 1,23-1,22 г/см³.
Системы обработки почвы не оказывали существенного влияния на изменение водного режима метрового слоя почвы. На нулевой мелкой и комбинированной обработках в среднем по севообороту содержание продуктивной влаги в метровом слое почвы составило соответственно 115,3-119,1-121,5 мм, что было на уровне вспашки – 115,4 мм.
Установлено, что за анализируемые годы в подавляющем большинстве лет стерневые фоны были лучше обеспечены продуктивной влагой по сравнению с классической вспашкой и способствовали сокращению ее непроизводительных потерь, созданию условий для более продуктивного использования влаги растениями. Мульча из растительных остатков почвы сберегала почвенную влагу от интенсивного испарения и сохраняла ее на весь вегетационный период яровых зерновых и ко времени посева озимых культур. Острота обеспечения растений влагой уменьшалась. Кроме того, постоянные мелкие обработки, образуя мульчирующий слой из растительных остатков и почвы, создавали благоприятные условия для гумусообразования.

За ротацию севооборота значительных закономерных изменений в накоплении биогенных элементов по вариантам обработки не установлено. В период вегетации изучаемых в опыте культур их содержание в большей степени зависело от погодных условий, культур севооборота, сроков определения и в меньшей степени от способа обработки почвы. В связи с применением гербицидов по обработкам не наблюдалось существенных различий в засоренности посевов как однолетними, так и многолетними сорняками.
Больший сбор зерна с 1 га севооборотной площади обеспечила комбинированная система обработки почвы, где сочетались мелкие безотвальные обработки под озимые, глубокая вспашка под горох и безотвальное рыхление на глубину 20-22 см под остальные культуры (табл. 2).

Таблица 2. Влияние способа обработки почвы на урожайность  сельскохозяйственных культур в зернопаровом севообороте, т/га

Обработка почвы	Озимая пшеница по пару (2011-2013 гг.)	Яровая пшеница (2012-2014 гг.)	Горох (2013-2015 гг.)	Озимая пшеница (2014-2016 гг.)	Ячмень (2015-2017 гг.)	Среднее
Отвальная	3,45	2,67	2,35	2,86	1,94	2,65
Комбинированная	3,55	2,65	2,43	2,83	2,11	2,71
Минимальная	3,49	2,82	2,34	2,61	1,86	2,62
Нулевая	3,51	2,79	2,26	2,60	1,63	2,56
НСР0,05	0,051	0,073	0,056	0,152	0,107	0,091

 

Близко к ней подходили отвальная и минимальная обработка, где за ротацию с 1 га севооборотной площади было получено одинаковое количество зерна – 2,65 т и 2,62 т. Нулевая обработка снизила производство зерна всего на 0,09 т/га по сравнению с контролем, что было в пределах НСР_0,05 (0,091).
Изучаемые в опыте факторы плодородия почвы, как было показано выше, не имели существенных отличий, поэтому и различия по действию систем обработки почвы на урожайность были не существенными. Проведение вспашки на глубину 22 см требовало дополнительных затрат тяговых усилий, но не приводило к повышению урожайности культур севооборота. Вследствие этого по вспашке независимо от фона удобренности увеличивалась себестоимость продукции, а уровень рентабельности снижался.
Замена вспашки ресурсосберегающими обработками при возделывании зерновых культур позволила сократить в 3-4 раза количество технологических операций при основной обработке почвы и посеве, снизить расход топлива в 1,9-3,6 раза (с 21,4 кг/га до 11,2 кг/га  и 6,0 кг/га), обеспечить большую экономию прямых производственных затрат.
В заключение необходимо отметить, что применение минимальной и нулевой системы обработки почвы с использованием комбинированных почвообрабатывающих и посевных агрегатов не ухудшает агрофизические свойства почвы и обеспечивает экономические преимущества по сравнению с отвальной системой обработки почвы. Расход топлива снижается  в 1,9-3,6 раза, затраты труда и энергии – соответственно на 28-40 % и 39-48 % по сравнению с отвальной системой обработки почвы. Это определяет благоприятные перспективы  освоения минимальной и нулевой систем обработки почвы на черноземных почвах плакорно-равнинного агроландшафта Среднего Поволжья.

Е.В. Кузина,
кандидат с.-х. наук,
заведующая лабораторией обработки почвы,
ФГБНУ «Ульяновский НИИСХ»