Известия Оренбургского Государственного Аграрного Университета 2020 № 1 (81)
Агрономия
УДК 631.423.2:631.51(470.56)
Уровень продуктивной влаги в зависимости от предшественника, срока и вида обработки почвы на чернозёмах южных Оренбургского Предуралья*
В.Ю. Скороходов, канд. с.-х. наук
ФГБНУ ФНЦ БСТ РАН
В формировании продуктивности сельскохозяйственных культур важное значение имеет количество продуктивной влаги в почве и её распределение в различных слоях, определяемое в значительной мере приёмами основной обработки почвы и различными технологиями.
От запасов продуктивной влаги в почве зависит урожайность всех сельскохозяйственных культур. Основным источником поступления и аккумулирования влаги в почве в засушливых богарных условиях Оренбургского Предуралья являются осенне-зимние осадки (определяющие весенний запас влаги к посеву с.-х. культур) и осадки вегетационного периода. Для сохранения продуктивной влаги в почве необходимо применять различные варианты технологий (внесение удобрений, сроки сева, севообороты, обработка почвы и т.д.).
Из-за неравномерно выпадающих атмосферных осадков важная задача системы земледелия – изучение водно-теплового режима с целью управления ресурсами почвенной влаги в засушливых условиях и смягчения их последействия – остаётся актуальной [1].
В условиях Оренбургской области самым значимым показателем является влагообеспеченность посевов и применение различных систем основной обработки почвы под зерновые (а в частности, под яровую пшеницу), сохраняющих запасы продуктивной влаги в метровом слое почвы к посеву. По данным И.В. Васильева и др., на опытном поле Оренбургского ГАУ в 2014 – 2016 гг. наибольшие запасы влаги в почве к посеву в метровом слое накапливаются при мелком рыхлении на глубину 12 – 14 см, составляя 108 мм (с ежегодной отвальной вспашкой запасы влаги составили 106 мм) [2].
По данным А.Г. Крючкова и В.И. Елисеева [3], в условиях Оренбургского Предуралья для формирования урожайности яровой твёрдой пшеницы до 31,6 ц с 1 га необходим запас продуктивной влаги в метровом слое до 172 мм и сумма выпавших осадков за вегетацию – до 262 мм [4].
Н.А. Максютов и др. отмечают преимущество чёрного пара по накоплению весенних влагозапасов в сравнении с почвозащитным и сидеральным, которое не всегда сказывается на урожайности яровой твёрдой пшеницы и заметно проявляется в засушливые годы [5 – 7].
По результатам опытов В.Ю. Селивановой (в зоне Нижнего Поволжья) безотвальная обработка почвы имеет преимущество по усвояемости осадков над отвальной вспашкой и поверхностной обработкой в посевах яровой пшеницы соответственно на 15,3 и 21,4 % [8].
Применение разных систем обработки почвы до минимальных и нулевых предполагает создание оптимального режима питания и обеспеченности влагой в биоагроценозах [9].
Цель исследования: изучить влияние обработок почвы и предшественников при выращивании яровой твёрдой пшеницы на накопление продуктивной влаги в различных слоях почвы.
Материал и методы исследования. Объектом исследования была яровая твёрдая пшеница и её предшественники (пар чёрный кулисный, пар почвозащитный, пар сидеральный, озимая рожь).
Полевые опыты проводятся в центральной зоне Оренбургской области на базе многолетнего стационарного опыта. Координаты местонахождения опытного участка – 51.775125° с.ш., 55.306547° в.д.
Почва опытного участка – чернозём южный карбонатный среднемощный тяжелосуглинистый с содержанием гумуса в пахотном (0 – 30 см) слое почвы 3,2 – 4,0 %. Содержание доступных для растений форм фосфора составляет 1,5 – 2,5 мг, общего азота 0,20 – 0,30 %, обменного калия 30 – 38 мг на 100 г почвы, реакция почвенного раствора (рН) нейтральная – слабощелочная (7,0 – 8,1) [10].
Количество выпадающих осадков по среднемноголетним данным составляет 250 мм. Гидротермический коэффициент (ГТК по Селянинову) равен 0,70, что является показателем низкой обеспеченности растений влагой (засушливости вегетационного периода). Высота снежного покрова (в холодный период) достигает 0,5 м и более. Промерзание почвы отмечается на глубину 0,6 – 0,8 м [11].
Схема эксперимента включала следующие варианты выращивания яровой твёрдой пшеницы по предшественникам:
I – пар чёрный кулисный;
II – пар почвозащитный (занятый летним посевом суданской травы);
III – пар сидеральный (горох + овёс);
IV – озимая рожь.
Площадь делянок составляет 432 м2 на удобренном фоне (14,4 × 30 м) и 864 м2 – на неудобренном фоне (14,4 × 60 м).
Результаты исследования. К концу парования наибольшее количество продуктивной влаги накапливалось в чёрных кулисных парах, в метровом слое 84,7 мм (табл. 1).
1. Содержание продуктивной влаги в почве после уборки с.-х. культур
и перед уходом пашни в зиму, мм
Срок определения влажности
Слой
почвы, см
Вариант предшественника (осень 2018 г.)
пар
озимая рожь
чёрный кулисный
почвозащитный
сидеральный
После уборки (конец парования)
0 – 30
40 – 100
0 – 100
20,8
63,9
84,7
17,7
56,9
74,6
7,4
2,2
9,6
9,6
14,9
24,5
Перед уходом пашни в зиму
0 – 30
40 – 100
0 – 100
110 – 150
0 – 150
45,9
83,0
128,9
69,3
198,2
36,9
41,5
78,4
40,4
118,8
30,3
42,2
72,3
46,5
118,8
37,8
35,3
73,1
34,9
108,0
НСР005
0,93
1,78
1,67
1,80
Примечание: планируемая культура в 2019 г. – яровая твёрдая пшеница.
В чёрном пару основная масса продуктивной влаги 63,9 мм сконцентрировалась в слое 40 – 100 см, что составляло 75 % её содержания в метровом слое.
В результате использования продуктивной влаги озимой рожью и сидеральными культурами после их уборки остаётся незначительное количество продуктивной влаги. Так, после уборки озимой ржи в метровом слое почвы содержалось 24,5 мм продуктивной влаги, а в сидеральном пару к концу парования – 9,6 мм.
Иссушение почвы в сидеральном пару, по нашему мнению, происходит за счёт потребления влаги на рост и развитие сидеральных культур, а также за счёт отвальной вспашки (при заделывании сидератов в почву в июле) с оборотом пласта.
Озимая рожь, используя влагу на свой рост и развитие, при мощной массе основной и побочной продукции сильно иссушила почву к моменту своей уборки как в верхнем, так и в метровом слое.
Перед уходом пашни в зиму почва была насыщена влагой за счёт выпавших летне-осенних осадков по всем вариантам опыта. Увеличение продуктивной влаги отмечалось во всех слоях почвы. Нашими данными подтверждается влагонакопительная роль чёрного кулисного пара. В полутораметровом слое почвы в чёрном пару перед уходом в зиму накопилось 198,2 мм продуктивной влаги, 42 % её содержалось в слое 40 – 100 см. В почвозащитном и сидеральном парах запасы влаги перед уходом в зиму увеличились и в полутораметровом слое имели одинаковое значение (118,8 мм). После озимой ржи почва перед уходом в зиму меньше была насыщена влагой, особенно глубьлежащих горизонтов. Так, в нашем опыте перед уходом пашни в зиму запасы продуктивной влаги в метровом слое выравнивались (исключение – чёрный пар, в котором запас влаги выше как в метровом, так и в полутораметровом слое). После озимой ржи перед уходом пашни в зиму в слое 110 – 150 см отмечался самый низкий запас (34,9 мм) продуктивной влаги.
Высота снега в 2019 г. достигала 40,4 см (в чёрном кулисном пару), что соответствовало среднемноголетним данным с незначительной разницей в 2 см (табл. 2).
2. Накопление снега различными предшественниками и определение запасов воды в нём
Показатель
Вариант
пар
отвальная обработка почвы
без обработки почвы
чёрный кулисный
почвозащитный
сидеральный
Высота снега
среднемноголетние
42,4
33,5
35,8
33,5
32,1
2019
40,4
23,1
22,1
22,4
18,8
«+» или «–»
–2,0
–10,4
–13,7
–11,1
–13,3
Плотность снега, г/см3
среднемноголетние
0,260
0,250
0,256
0,250
0,260
2019
0,253
0,325
0,335
0,366
0,420
«+» или «–»
–0,007
+0,075
+0,079
+0,116
+0,160
Запас воды в снеге, мм
среднемноголетние
115,5
84,1
88,3
81,6
79,6
2019
102,2
75,1
74,0
82,0
79,0
«+» или «–»
–13,3
–9,0
–14,3
+0,40
–0,6
Примечание: среднемноголетние данные сформированы на стационарном опытном участке отдела земледелия и ресурсосберегающих технологий (РСТ) Оренбургского НИИСХ с 2000 по 2017 г. (18 лет).
В почвозащитном, сидеральном парах и при отвальной вспашке высота снега составила 22 – 23 см, при среднемноголетних показателях 33 – 35 см. На участке без основной обработки с осени высота снега составляла 18,8 см, что было на 13,3 см ниже среднемноголетних данных. Плотность снега в 2019 г. была различной. Рыхлым, на уровне среднемноголетних показателей, был снег в чёрном кулисном пару (0,253 г/см3). Снег с высокой плотностью отмечался на варианте без основной обработки с осени (0,420 г/см3), что было на 0,16 г/см3 плотнее среднемноголетних значений. На почвозащитном и сидеральном парах отмечалась одинаковая плотность снега, превышая среднемноголетние данные на 0,07 г/см3.
Исходя из высоты снега и его плотности, нами рассчитан запас воды в снеге. Наибольший запас воды в снеге в 2019 г. был в чёрном кулисном пару – 102,2 мм (при среднемноголетних показателях 115,5 мм). Запас воды в снеге в почвозащитном пару был меньше среднемноголетних значений на 9,0 мм, в сидеральном – на 14,3 мм. При отвальной вспашке и без обработки почвы с осени запас воды в снеге находился на уровне среднемноголетних данных, составив соответственно 82,0 и 79,0 мм.
В таблице 3 представлены данные содержания продуктивной влаги в почве после схода снега по вариантам опыта в зависимости от её обработки и горизонта. Растаявший снег пополнил запасы продуктивной влаги в почве. Если в пахотном (0 – 30 см) слое мы не отмечали особых различий в насыщении влагой почвы, то в слое 40 – 100 см и глубже они были заметны. В вариантах без обработки почвы после схода снега накапливалось больше продуктивной влаги по всем слоям до 1,5 м. В чёрном кулисном пару без осенней основной обработки почвы в полутораметровом слое накопилось на 78,7 мм больше продуктивной влаги, чем при отвальной вспашке. Озимая рожь как предшественник без основной обработки почвы накопила 251,4 мм продуктивной влаги в полутораметровом слое почвы, что уравняло её с показателями содержания влаги в чёрном пару. Без обработки почвы с осени в почвозащитном пару в слое 1,5 м накапливалось больше продуктивной влаги – 176 мм, чем на варианте с отвальной вспашкой (160,6 мм). Исключением являлось влагонакопление и влагоусвоение сидерального пара. Запашка сидеральной массы с оборотом пласта летом делает этот вариант схожим с отвальной вспашкой с осени. При отвальной вспашке сидерального пара к моменту схода снега накапливалось 258,1 мм продуктивной влаги в полутораметровом слое. В срок после схода снега основное насыщение продуктивной влагой отмечалось в слое почвы 40 – 100 см (табл. 3).
3. Содержание продуктивной влаги в почве после схода снега, мм
Слой почвы, см
Обработка почвы (фон)
Предшественник (осень 2018 г.)
пар
озимая рожь
чёрный кулисный
почвозащитный
сидеральный
0 – 30
А
В
37,1
46,4
31,9
42,4
49,6
40,2
43,2
50,1
40 – 100
А
В
87,2
111,3
99,6
88,1
118,2
108,1
109,8
118,2
0 – 100
А
В
124,3
157,7
131,5
130,5
167,8
148,3
153,0
168,2
110 – 150
А
В
41,1
86,4
29,1
45,5
90,3
44,2
77,8
83,1
0 – 150
А
В
165,4
244,1
160,6
176,0
258,1
192,5
230,8
251,4
НСР005
А
В
1,74
1,50
2,66
2,30
1,61
2,76
1,49
1,02
Примечание: А – отвальная вспашка, В – без обработки почвы.
К периоду посева яровой твёрдой пшеницы запасы продуктивной влаги снижались по всем слоям почвы в результате интенсивного весеннего испарения, а также перераспределения между слоями. В таблице 4 представлены данные содержания продуктивной влаги в почве в период посева яровой твёрдой пшеницы. Наибольшее количество продуктивной влаги в полутораметровом слое отмечалось в почвозащитном пару на фоне без обработки почвы с осени – 218 мм.
4. Содержание продуктивной влаги в почве в период посева яровой твёрдой пшеницы, мм
Слой почвы, см
Обработка почвы (фон)
Предшественник (осень 2018 г.)
пар
озимая рожь
чёрный кулисный
почвозащитный
сидеральный
0 – 30
А
В
18,4
29,0
26,9
37,8
24,5
33,7
23,1
27,7
40 – 100
А
В
59,2
85,3
75,0
104,0
76,0
57,1
82,7
88,7
0 – 100
А
В
77,6
114,3
101,9
141,8
100,5
90,8
105,8
116,4
110 – 150
А
В
47,5
62,5
31,9
76,2
43,1
20,8
47,8
75,1
0 – 150
А
В
125,1
176,8
133,8
218,0
143,6
111,6
153,6
191,5
НСР005
А
В
1,36
1,90
2,17
2,10
1,89
1,61
1,76
1,67
Примечание: А – отвальная вспашка, В – без обработки почвы.
Почвозащитный пар с применением отвальной обработки почвы к посеву яровой твёрдой пшеницы сохранял в полутораметровом слое продуктивной влаги на 39 % меньше (133,8 мм) в сравнении с фоном без обработки почвы с осени. В сидеральном пару, напротив, фон, обработанный отвально с осени, сохранял больше продуктивной влаги, чем на фоне без обработки почвы, как в метровом, так и полутораметровом слоях. В пахотном (0 – 30 см) слое почвы во время посева яровой твёрдой пшеницы отмечалось преимущество в содержании продуктивной влаги по фону без обработки почвы во всех вариантах опыта.
Лучшими предшественниками яровой твёрдой пшеницы по запасам продуктивной влаги по слоям почвы и по содержанию в полутораметровом слое стали почвозащитный пар (133,8 мм – по отвальной вспашке и 218,0 мм – без обработки) и озимая рожь (153,6 – по отвальной вспашке и 191,5 – без обработки).
На рисунке 1 показана динамика продуктивной влаги по профилю почвы в зависимости от срока определения влажности (перед уходом пашни в зиму, после схода снега, после посева ранних зерновых) в варианте с чёрным кулисным паром под твёрдую пшеницу.
Рис. 1 – Динамика продуктивной влаги по профилю почвы в зависимости от срока определения влажности, в варианте с чёрным кулисным паром под твёрдую пшеницу
На графике видно, что наибольшие значения по содержанию продуктивной влаги в чёрном кулисном пару отмечаются в срок после схода снега. В чёрном кулисном пару наблюдалось накопление продуктивной влаги, особенно в глубьлежащих слоях почвы.
Перед уходом пашни в зиму в варианте с почвозащитным паром под твёрдую пшеницу (рис. 2) отмечалась пониженное содержание продуктивной влаги по всем слоям почвы (верхний 0 – 20 см слой насыщается влагой за счёт выпавших осенних осадков).
Рис. 2 – Динамика продуктивной влаги по профилю почвы в зависимости от срока определения влажности, в варианте с почвозащитным паром под твёрдую пшеницу
Данный уровень продуктивной влаги в почвозащитном пару объясняется интенсивным потреблением её парозанимающей культурой (суданская трава). Весной к посеву яровой твёрдой пшеницы поле после почвозащитного пара насыщается влагой до глубины 1 м. С глубины 100 до 150 см запасы продуктивной влаги остаются на их уровне перед уходом пашни в зиму, т.е. не восполняются осенне-зимними и весенними осадками.
На рисунке 3 представлена динамика продуктивной влаги в варианте с сидеральным паром под твёрдую пшеницу.
Рис. 3 – Динамика продуктивной влаги по профилю почвы в зависимости от срока определения влажности, в варианте с сидеральным паром под твёрдую пшеницу
В результате использования продуктивной влаги на рост и развитие парозанимающей сидеральной массы мы отмечали пониженные показатели влажности почвы перед уходом пашни в зиму до глубины 60 см. С глубины 70 до150 см продуктивная влага не использовалась и сохранялась. К посеву яровой твёрдой пшеницы слой почвы 0 – 60 см интенсивно насыщался влагой и имел высокие показатели.
Также к моменту посева яровой твёрдой пшеницы в почве происходит такое явление, как перераспределение продуктивной влаги, т.е. общий запас в полутораметровом слое остаётся неизменным, а влага из нижних горизонтов поступает в верхние.
В варианте с твёрдой пшеницей по озимой ржи выявлено низкое содержание продуктивной влаги с осени перед уходом пашни в зиму по всем слоям почвы (рис. 4). Низкие осенние запасы продуктивной влаги после непарового предшественника объясняются интенсивным использованием их озимой рожью в летний период. В результате усвоения осенне-зимних и весенних осадков (особенно зимних) происходит увеличение продуктивной влаги во всех слоях почвы.
Рис. 4 – Динамика продуктивной влаги по профилю почвы в зависимости от срока определения влажности, в варианте с твёрдой пшеницей по озимой ржи
Наибольшая урожайность яровой твёрдой пшеницы получена по сидеральному пару без обработки почвы с осени и с применением минеральных удобрений 0,66 т с 1 га (табл. 5).
5. Урожайность яровой твёрдой пшеницы в зависимости от обработки почвы
и применения удобрения в 2019 г.
Предшественник
Обработка почвы
Урожайность, т с 1 га
НСР005
фон питания
средняя по обработке почвы
неудобренный
удобренный
Пар
чёрный
кулисный
А
0,32
0,49
0,40
0,30
В
0,37
0,34
0,35
0,14
средняя по фону
0,34
0,41
–
–
почвозащитный
А
0,53
0,50
0,51
0,40
В
0,35
0,39
0,37
0,09
средняя по фону
0,44
0,44
–
–
сидеральный
А
0,36
0,44
0,40
0,09
В
0,46
0,66
0,56
0,09
средняя по фону
0,41
0,55
–
–
Озимая рожь
А
0,47
0,40
0,43
0,20
В
0,41
0,52
0,46
0,22
средняя по фону
0,44
0,46
–
–
Примечание: А – отвальная вспашка, В – без обработки почвы.
Яровая твёрдая пшеница по-разному реагировала на обработку почвы предшественника. Так, в двух вариантах опыта (по чёрному кулисному и почвозащитному парам) средняя урожайность яровой твёрдой пшеницы по отвальной вспашке была выше в сравнении с фоном без обработки почвы с осени. Урожайность твёрдой пшеницы по сидеральному пару и озимой ржи на фоне без обработки почвы с осени имела показатели выше, чем по отвальной вспашке.
Внесение минеральных удобрений оказывает положительное действие на формирование урожайности твёрдой пшеницы. Прибавка урожайности твёрдой пшеницы на удобренном фоне составляла после чёрного пара 0,07 т, сидерального пара – 0,14 т и по озимой ржи – 0,02 т с 1 га.
Выводы
1. К концу парования в чёрных парах накапливается наибольшее количество продуктивной влаги, основная масса которой находится в слое 40 – 100 см, что составляет 75 % её содержания в метровом слое.
2. При применении отвальной вспашки в почвозащитном пару количество продуктивной влаги снижается к посеву твёрдой пшеницы на 39 % в сравнении с фоном без обработки почвы с осени.
3. Применение минеральных удобрений оказывает положительное действие на формирование урожайности твёрдой пшеницы.
Литература
1. Формирование урожайности зерновых бобовых культур в условиях лесостепи Заволжья / А.Л. Тойгильдин, В.И. Морозов, М.И. Подсевалов [и др.] // Известия Самарской государственной сельскохозяйственной академии. 2017. № 1. С. 16 – 22.
2. Васильев И.В., Федюнин С.А., Шустер А.В. Влияние минимализации обработки почвы на условия развития и урожайность яровой пшеницы в степной зоне Южного Урала // Известия Оренбургского государственного аграрного университета. 2017. № 2 (64).
3. Крючков А.Г., Елисеев В.И. Вероятность формирования урожайности яровой твёрдой пшеницы в связи с различным количеством доступной влаги в степной зоне Оренбургского Предуралья // Известия Оренбургского государственного аграрного университета. 2016. № 4 (60). С. 20 – 24.
4. Бесалиев И.Н., Панфилов А.Л. Продуктивная влага в связи с приёмами агротехники и урожайность яровой твёрдой пшеницы в Оренбургском Приуралье // Известия Самарской государственной сельскохозяйственной академии. 2019. № 2. С. 21 – 27.
5. Влияние погодных условий предшественников и фона питания на урожайность яровой твёрдой пшеницы в степной зоне Южного Урала / Н.А. Максютов, В.М. Жданов, В.Ю. Скороходов [и др.] //Вестник мясного скотоводства. 2015. № 4 (92). С. 140 – 148.
6. Влияние различных видов пара на засорённость посевов яровой твёрдой пшеницы / Ю.В. Кафтан, В.Ю. Скороходов, Д.В. Митрофанов [и др.] // Повышение эффективности сельскохозяйственного производства в степной зоне Южного Урала: матер. междунар. науч.-практич. конф., посвящ. 75-летию ГНУ «Оренбургский НИИСХ». Оренбург, 2002. С. 148 – 152.
7. Влияние различных видов пара на накопление продуктивной влаги в севооборотах на чернозёмах южных степной зоны Южного Урала / Ю.В. Кафтан, В.Ю. Скороходов, Д.В. Митрофанов [и др.] //Вестник мясного скотоводства. 2012. № 1 (75). С. 114 – 117.
8. Селиванова В.Ю. Влагообеспеченность яровых культур в севообороте с различной обработкой почвы в сухостепной зоне Нижнего Поволжья // Известия Нижневолжского агроуниверситетского комплекса: наука и высшее профессиональное образование. 2018. № 1 (49). С. 154 – 161.
9. Богаутдинов Ф.Я., Казыханова Г.Ш., Пермякова Н.В. Влияние способов обработки почвы и удобрений на агрохимические показатели чернозёма выщелоченного и урожайность зерновых культур в южной лесостепи Республики Башкортостан // Вестник Оренбургского государственного университета. 2011. № 12. С. 21 – 23.
10. Скороходов В.Ю. Накопление и использование нитратного азота различными видами пара в период их парования на чернозёмах южных Оренбургского Предуралья //Животноводство и кормопроизводство. Оренбург. 2018. Т. 101. № 1. С. 204 – 212.
11. Скороходов В.Ю. Эффективность короткоротационных севооборотов на чернозёмах южных Оренбургского Предуралья: дис… канд. с.-х. наук. Оренбург. 2005. 170 с.
№ 1 (81)
