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 Со) 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 НСР0,05 (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»