Эрозионные процессы наносят колоссальный ущерб плодородию почвы и экологии окружающей среды. В Оренбургской области водной эрозии в различной степени подвержено 2214,9 тыс. га, ветровой – 279,4 тыс. га, совместной водной и ветровой – 192,1 тыс. га. Площадь дефляционно-опасной пашни составляет 5304,3 тыс. га из общей её площади 6240 тыс. га [1].
Одной из основных причин эрозионных процессов является повсеместное применение отвальной вспашки. Она применялась и при освоении целинных земель в 50-е годы прошлого столетия.
В резко засушливом 1967 г. ветровая эрозия проявилась на громадной территории Казахстана, России, в том числе и в Оренбургской области. Пыльные бури весной наблюдались не только на паровых полях, но и на зяби, в результате чего был потерян верхний плодородный слой почвы. В борьбе с этим негативным явлением впервые в целинных районах восточной зоны Оренбуржья стала внедряться почвозащитная система обработки почвы, полностью предотвращающая ветровую и в значительной степени водную эрозию.
Научно-исследовательскими учреждениями Оренбургской области в настоящее время разработаны агротехнические приёмы, позволяющие защитить почву от всех видов эрозии.
Материал и методы исследования. Изучение этой важной проблемы ведётся в длительных стационарных опытах в ФГУП «Советская Россия» Адамовского района и в бывшем ОПХ им. Куйбышева Оренбургского НИИСХ с 1987 г. и 1990 г. соответственно и по настоящее время.
Исследование в стационарном опыте ФГУП «Советская Россия» проводится на склоне 1 – 3° по контурно-полосному земледелию в системе зернопарового севооборота с чередованием: пар чёрный – яровая твёрдая пшеница – яровая мягкая пшеница – ячмень.
Площадь под опытом равна 48 га, буферные полосы многолетних трав занимают 10,8 га, однорядовые кустарники из золотистой смородины (реписа) – 1,2 га. Изучаются три склона по крутизне: верхняя часть – 2 – 3°, средняя – 1 – 2° и нижняя – 0 – 1°. Основная обработка почвы – глубокая безотвальная.
В стационарном опыте бывшего ОПХ им. Куйбышева изучаются шестипольные севообороты с чёрными, почвозащитными и сидеральными парами под озимые и яровую твёрдую пшеницу, а также бессменные посевы с.-х. культур и бессменные пары с отвальной и безотвальной основными обработками почвы.
Исследования в стационарах ведутся согласно принятым государственным методикам по земледелию.
Почва стационарных опытов – чернозём южный тяжелосуглинистый среднемощный с примерно одинаковыми показателями. Содержание гумуса составляет 4,0 – 4,3 % в пахотном слое 0 – 30 см почвы, общего азота – 0,20 – 0,31 %, общего фосфора – 0,14 – 0,22 %, доступного фосфора – 1,5 – 2,5 мг, обменного калия – 30 – 38 мг на 100 г почвы, реакция почвенного раствора – нейтральная (pH 7,0) и слабощелочная (pH 8,1).
По данным Оренбургского гидрометеоцентра, в центральной зоне, где проводятся исследования, среднемноголетнее выпадение осадков за сельскохозяйственный год составляет 367 мм, за вегетационный период – 155 мм; по данным метеостанции Айдырля, на опытном поле восточной зоны – соответственно 316 и 178 мм.
Результаты исследования. Внедрение почвозащитной системы обработки почвы [2] с сохранением стерни в значительной степени ослабило эрозионные процессы почвы, особенно при зяблевой обработке. Однако проблема защиты паровых полей от водной, ветровой и биологической эрозии до конца не решена. Применяя под пар безотвальную основную обработку почвы в весенне-летний период, после 2 – 3-й культивации стерня на поверхности полностью уничтожается, и паровое поле становится не защищённым от эрозии, особенно если оно отводится под посев яровой пшеницы. Полосные посевы зерновых культур, чередуемые с паровым полем, до конца не решают задачу защиты от эрозии на склоновых землях, где часто наблюдается водная эрозия [3].
В связи с этим стационарный опыт, заложенный в 1987 г. в ФГУП «Советская Россия», в значительной степени защитил паровое поле от водной и ветровой эрозии.
Контурно-буферно-полосная организация на склонах, состоящая из многолетних трав и кустарниковых кулисных растений, сокращает потери влаги на 30 %, почвы – на 50 %, выход сельхозпродукции повышается в 4,2 раза, окупаемость затрат – около двух лет, в сравнении со склоном без этой организации [4].
Кроме того, на паровых полях без защиты смыв почвы в отдельные годы достигает от весеннего стока и летних ливневых дождей 100 т с 1 га и более (рис. 1). На таких полях также отмечается ветровая эрозия, при этом теряется до 2 см плодородного слоя почвы (рис. 2).
Рис. 1 – Водная эрозия на паровом поле в ОПХ «Советская Россия».
Рис. 2 – Ветровая эрозия на паровом поле в ОПХ «Советская Россия».
На основании многолетних исследований по контурно-полосному земледелию было проведено внедрение почвозащитной системы обработки почвы в бывшем ОПХ им. Куйбышева Оренбургского НИИСХ на площади 770 га, в АО «Родина» Сакмарского района – 1200 га, ЗАО им. Ленина и ЗАО им. Калинина Ташлинского района – 5500 га.
В многолетнем стационарном опыте бывшего ОПХ им. Куйбышева проблема защиты почвы от эрозии решалась другими методами, а в борьбе с биологической эрозией парового поля впервые. Этот процесс практически не изучен в засушливых условиях степной зоны Южного Урала.
В борьбе с водной эрозией на основании многолетних исследований взамен чёрного пара под яровую пшеницу нами был разработан почвозащитный, который полностью сохраняет плодородие и защищает почву от водной эрозии. Потери гумуса по чёрному пару составляют до 3 т на 1 га. При этом урожайность яровой твёрдой пшеницы с 1 га снижается на 1,3 ц в сравнении с почвозащитным паром [5, 6].
Почвозащитный пар надёжно защищает почву и от ветровой эрозии. В первой половине лета почва защищена стернёй в результате основной зяблевой безотвальной обработки, во второй половине лета – посевом суданской травы. После её уборки проводится безотвальная обработка. Оставление стерни дополнительно накапливает снег и предохраняет почву от всех видов эрозии в весенний период, тогда как чёрный пар полностью подвержен этим процессам.
Наши исследования показывают, что основную роль в борьбе с ветровой эрозией играют стерня и комковатость на поверхности почвы. Несмотря на тяжёлый механический состав чернозёма южного, она наблюдалась в паровом поле под яровую твёрдую пшеницу. В результате многократных обработок пара (5 – 6 раз) верхний слой распыляется, и почва становится податливой к ветровой эрозии.
Исследованиями было установлено, что почва приобретает устойчивость к ветровой эрозии, если отношение её комочков диаметром более 1 мм к комочкам менее 1 мм равно или меньше единицы [7]. При преобладании почвенных комочков диаметром меньше 1 мм почва, не защищённая живым или мёртвым покровом, легко подвергается ветровой эрозии [8]. Также была установлена её эродируемость во ВНИИЗ, в г на 1 см2 за 5 мин. [9 – 10], которая характеризует её устойчивость к ветровой эрозии, и она не должна превышать 50 г на 1 см2.
Самым защищённым от ветровой эрозии почвы в наших исследованиях является пар почвозащитный с летним посевом суданской травы (табл. 1). Наличие стерни в конце парования и комковатость почвы делают его устойчивым к ветровой эрозии, а эродируемость в 12 раз ниже, чем в чёрном пару. Наиболее эродируемые были бессменные отвальный и плоскорезный пары [11].
1. Элементы ветроустойчивости и эродируемость верхнего (0 – 5 см) слоя почвы
в зависимости от вида пара (в среднем за 5 лет)
Вид пара
В конце парования
После посева яровой пшеницы
число стернинок, шт.
на 1 м2
комковатость почвы, %
эродируемость, г на 1 см2 за 5 мин.
число стернинок, шт. на 1 м2
комковатость почвы, %
эродируемость, г на 1 см2 за 5 мин.
Чёрный
0
56,7
70,5
0
66,3
30,3
Почвозащитный
185
65,9
5,9
64,7
77,4
4,0
Сидеральный
0
60,1
51,6
0
74,5
14,4
Бессменный чёрный отвальный
0
51,8
105,2
0
62,2
43,9
Бессменный чёрный плоскорезный
0
50,3
120,5
0
60,9
48,6
После посева яровой твёрдой пшеницы за счёт увлажнения почвы и её оструктуривания по всем видам пара отмечалась высокая её устойчивость к дефляции. Почва по эродируемости не превышала её порог 50 г на 1 см2 за 5 мин., но и здесь в этот период самым низким он был в почвозащитном пару.
Кроме водной и ветровой эрозии существенный ущерб плодородию почвы наносит биологическая эрозия, которая в основном проявляется в паровых полях, особенно при размещении по ним яровой пшеницы [12, 13].
В весенне-летний период парования в результате минерализации гумуса, по результатам наших исследований, его количество снижается до 1,76 т на 1 га. В отдельные годы в конце парования нитратного азота накапливается в пахотном слое 0 – 30 см почвы до 250 мг на 1 кг почвы, тогда как для получения высокого урожая, по данным А.В. Сдобниковой, достаточно 10 мг на 1 кг [14]. Поэтому большая часть его теряется в результате водной эрозии в период снеготаяния вместе с почвой, загрязняя пруды и водоёмы. Другая часть нитратов опускается в нижние горизонты и становится недоступной для растений, определённая часть в результате денитрификации переходит в неусвояемую форму. Для борьбы с таким негативным явлением, как биологическая эрозия, нами разработаны приёмы, которые в значительной степени её ослабляют [15 – 18].
Наиболее эффективным из них является пар почвозащитный, он не только полностью устраняет водную и ветровую, но и биологическую эрозию (табл. 2).
2. Потери нитратного азота в слое 0 – 30 см почвы в зависимости от вида пара, кг на 1 га
Вид пара
Срок проведения наблюдений
Потери за период
парования,
+ или –
в начале парования
в конце парования
перед посевом яровой твёрдой пшеницы
Чёрный
Почвозащитный
162,0
141,6
506,4
117,6
129,6
115,2
–376,8
–2,4
В конце парования в чёрном пару нитратов накопилось 506,4 кг на 1 га, в почвозащитном в результате использования для формирования урожая суданской травы – всего 117,6 кг на 1 га. Перед посевом пшеницы количество нитратов было примерно одинаковым, но потери в чёрном пару составили 376,8, в почвозащитном – всего 2,4 кг на 1 га. Кроме того, по влиянию на урожайность твёрдой пшеницы почвозащитный пар не уступает чёрному при дополнительной кормовой продукции до 160 ц с 1 га зелёной массы суданской травы и обогащении почвы пожнивными и корневыми остатками.
Исследования показали, что замена чёрного пара с глубокой (табл. 3) безотвальной обработкой ранним с минимальной снижает минерализацию гумуса на 73 кг на 1 га нитратного азота в конце парования, а перед посевом яровой твёрдой пшеницы – на 30 %. Это эффективный способ ослабления биологической эрозии, при этом он не снижает урожайность яровой пшеницы.
3. Потери нитратного азота в зависимости от способа основной обработки почвы
Вид пара и способ основной
обработки почвы
Содержание N–NО3 в слое 0 – 30 см
почвы, кг на 1 га
Потери N–NО3 во второй осенне-зимний период парования
в начале парования
в конце парования
перед посевом яровой твёрдой пшеницы
кг
на 1 га
%
Чёрный, плоскорезный на глубину 25 – 27 см (контроль)
224
545
152
393
100
Ранний с минимальной обработкой
227
472
204
269
70
Отклонение от контроля + или –
+6,0
–73
+52
+24
30
Одной из причин снижения гумуса в почве паровых полей является частое их парование. Потери гумуса за 8 лет в бессменном отвальном пару составили 26,8 т с 1 га, в безотвальным – 13,3 т, а ежегодные – соответственно 3,4 и 1,7 т на 1 га. На отвальном пару минерализация гумуса происходит более интенсивно (табл. 4).
4. Потери гумуса в чёрных парах в результате минерализации (биологической эрозии) в зависимости от способа основной обработки и длительности их парования
Способ основной обработки
Количество гумуса в слое почвы 0 – 30 см, т на 1 га
Потери гумуса в бессменных парах, т. на 1 га
Ежегодные потери
гумуса, т на 1 га
Пар чёрный отвальный в шестипольном севообороте (контроль)
141,0
–
1,7
Пар чёрный отвальный (бессменный 8 лет)
114,2
26,8
3,4
Пар чёрный плоскорезный (бессменный 8 лет)
127,7
13,3
1,7
Примечание: потери гумуса в паровом поле севооборота приведены по справочным данным
.
Аналогичные данные получены в наших исследованиях и за 18 лет, когда в бессменном безотвальном пару потери его отмечены за этот период 0,6 абсолютного процента, при отвальной обработке – 0,8, от исходного количества – 4,9.
Выводы. На основании многолетних стационарных исследований было установлено:
1. На склоновых землях крутизной 1 – 3°при возделывании зерновых культур в системе четырёхпольного севооборота с чёрным паром на основе контурно-буферно-полосной организации решена проблема защиты почвы от всех видов эрозии.
Почвозащитный пар с летним посевом суданской травы защищает почву от всех видов эрозии и в сравнении с чёрным паром повышает урожайность пшеницы на 1,3 ц с 1 га. Кроме того, полностью сохраняется гумус, потери которого в чёрном пару от водной эрозии составляют около 3 т на 1 га.
2. Большой ущерб плодородию почвы и экологии наносит биологическая эрозия. В результате минерализации гумуса за период парования накапливается большое количество нитратного азота, он непроизводительно теряется, засоряя реки и водоёмы. Замена чёрного пара почвозащитным в значительной степени снижает его потери.
Применение вместо глубокой основной безотвальной обработки под чёрный пар минимальной в раннем пару сокращает потери нитратного азота на 30 %. Частое парование за счёт минерализации гумуса приводит к существенному его снижению. Плоскорезная обработка уменьшает потери гумуса в 2 раза, тем самым лучше сохраняет плодородие почвы.
Литература
1. Кислов А.В., Часовских Н.П. Сохранение и повышение плодородия почв в адаптивно-ландшафтном земледелии Оренбургской области. Оренбург, 2002. 294 с.
2. Хопренинов В.Д., Хопренинов С.В. Повышение почвозащитной устойчивости и продуктивности агроландшафтов в сухой степи Южного Урала // Проблемы земледелия, растениеводства и животноводства в степном регионе. Оренбург: Оренбургский НИИ сельского хозяйства, 1997. С. 79 – 89.
3. Водная эрозия в степях Южного Урала / А.И. Климентьев, А.А. Чибилёв, Ю.М. Нестеренко [и др.] // Водные ресурсы. 2010. Т. 37. № 1. С. 102 – 112.
4. Бискаев Н.К. Контурно-ландшафтное земледелие Оренбуржья в XXI веке // Наука и хлеб. Оренбург. 2002. № 9. С. 63 – 72.
5. Максютов Н.А., Жданов В.М., Абдрашитов Р.Р. Повышение плодородия почвы, урожайности и качества продукции сельскохозяйственных культур в полевых севооборотах степной зоны Южного Урала. Оренбург, 2012. 331 с.
6. Защита парового поля от эрозии на чернозёмах южных Оренбургского Предуралья / Ю.В. Кафтан, В.Ю. Скороходов, А.А. Зоров [и др.] // Повышение эффективности сельскохозяйственного производства в степной зоне Южного Урала: матер. междунар. науч. конф. Оренбург: Изд-во ОренНИИСХ, 2012. С. 144 – 147.
7. Шульмейстер К.Г. Борьба с засухой и урожай. 2-е изд. перераб. и доп. М.: Агропромиздат, 1988. 263 с.
8. Бараев А.И. Почвозащитное земледелие. М.: Агропромиздат. 1988. 381 с.
9. Шиятый Е.И. Методика определения ветроустойчивости почв по показателям состояния поверхности почвы // Методические указания и рекомендации по вопросам земледелия. Целиноград: ВНИИЗХ, 1975. С. 16 – 17.
10. Шиятый Е.И. Теоретические и экспериментальные основы прогнозирования ветроэрозионных процессов при проектировании почвозащитных мероприятий в Северном Казахстане: дис. ... д-ра с.-х. наук. Шартанды, Целиноградская область, 1979. 475 с.
11. Состояние плодородия почв в Оренбургской области и основные приёмы его сохранения и повышения / Н.А. Максютов, А.А. Зоров, В.Ю. Скороходов [и др.] // Научное обеспечение инновационного развития сельского хозяйства в условиях часто повторяющихся засух: матер. междунар. науч. конф. /ФГБНУ «Оренбургский НИИСХ», Оренбург: ООО «Агентство «Пресса», 2017. С. 33 – 40.
12. Тихонов В.Е. Динамика азота на различных парах // Аграрная наука. 1998. №5. С. 34 – 35.
13. Тихонов В.Е., Климентьев А.И. Роль азотного цикла в оптимизации режима органического вещества и реализации трансформационных функций почв // Тезисы докладов II съезда общества почвоведов России. СПб.: ВНИИЦ лесресурс. 1996. Кн. 1. С. 48 – 49.
14. Сдобникова О.В., Яговенко Л.Л. Систематическое применение удобрений, продуктивность культур севооборота и плодородие серой лесной почвы // Агрохимия. 1987. № 8. 17 с.
15. Биологические и ресурсосберегающие приёмы и технологии возделывания яровой твёрдой пшеницы в степной зоне Южного Урала / Н.А. Максютов, А.А. Зоров, В.Ю. Скороходов [и др.] // Научное обеспечение инновационного развития сельского хозяйства в условиях часто повторяющихся засух: матер. междунар. научн. конф. /ФГБНУ «Оренбургский НИИСХ». Оренбург: ООО «Агентство «Пресса», 2017. С. 167 – 181.
16. Максютов Н.А., Жданов В.М., Лактионов О.В. Биологическое и ресурсосберегающее земледелие в степной зоне Южного Урала. Оренбург, 2008. 232 с.
17. Скороходов В.Ю. Накопление и использование нитратного азота озимой рожью и яровой твёрдой пшеницей в весенне-летний период на чернозёмах южных Оренбургского Предуралья // Животноводство и кормопроизводство. 2018. Т. 101. № 3. С. 163 – 171.
18. Скороходов В.Ю., Зенкова Н.А. Образование и содержание гумуса в паровых полях севооборотов и бессменном пару на чернозёмах южных Оренбургского Предуралья// Плодородие. 2019. № 6 (111). С. 28 – 32.
№ 3 (83)
