КАЛИЙНЫЙ РЕЖИМ ЧЕРНОЗЕМА ОБЫКНОВЕННОГО ПРИ МИНИМАЛИЗАЦИИ ОБРАБОТКИ ПОЧВЫ И ПРЯМОМ ПОСЕВЕ
КАЛИЙНЫЙ РЕЖИМ ЧЕРНОЗЕМА ОБЫКНОВЕННОГО ПРИ МИНИМАЛИЗАЦИИ ОБРАБОТКИ ПОЧВЫ И ПРЯМОМ ПОСЕВЕ
Научная статья
ORCID: 0000-0003-1214-9032,
Воронежский федеральный аграрный научный центр им. В.В. Докучаева, Каменная Степь, Россия
* Корреспондирующий автор (niish1c[at]mail.ru)
АннотацияИсследованиями, проведенными в почвенно-климатических условиях юго-востока ЦЧР, с целью выявления изменения калийного режима чернозема обыкновенного при применении приемов минимализации обработки и прямого посева установлены отчетливо выраженные агрогенные изменения в калийном режиме почв используемых в сельскохозяйственном производстве с различной интенсивностью механической обработки. При минимализации обработки почвы отмечается снижение уровня обеспеченности чернозема и, соответственно, выращиваемых культур обменным калием в течение вегетационного периода. С нарастанием срока использования минимальной обработки почвы эта тенденция усиливается, но начиная с четвертого года применения технологии No-till, отмечается рост содержания обменного калия в черноземе обыкновенном по сравнению с обрабатываемой почвой. При отвальной обработке на глубину 20-22 см обеспеченность чернозема обыкновенного обменным калием в меньшей степени зависит от гидротермических условий вегетационного периода. На залежи содержание обменного калия в почве было в 2-3 раза ниже, чем в почве, используемой в сельскохозяйственном производстве. И динамика изменения его содержания была аналогична динамике его содержания при нулевой обработке.
На основании регрессионного анализа результатов исследований установлены закономерности и трендовые модели изменения калийного режима чернозема обыкновенного при применении приемов минимализации обработки почвы и прямого посева в почвенно-климатических условиях юго-востока ЦЧР.
Ключевые слова: чернозем обыкновенный, обменный калий, минимализация обработки почвы, прямой посев.
POTASSIUM STATUS OF ORDINARY CHERNOZEM WITH MINIMIZATION OF SOIL TREATMENT AND DIRECT SEEDING
Research article
Garmashov V.M.*
V.V. Dokuchaev Voronezh Federal Agricultural Research Center, Kamennaya Steppe, Russia
* Corresponding author (niish1c[at]mail.ru)
AbstractWith the goal of identifying changes in the potassium status of ordinary chernozem when using methods of minimization of processing and direct sowing, the studies conducted in the soil and climatic conditions of the south-east of the Central Black Earth Economic Region establish clearly pronounced agrogenic changes in the potassium status of soils used in agricultural production with different intensity of mechanical processing. With the minimization of soil treatment, there is a decrease in the level of provision of chernozem and, accordingly, cultivated crops with exchangeable potassium during the crop season. With the increase in the period of use of minimal tillage, this trend is also increasing; however, starting from the fourth year of application of the no-till technology, there is an increase in the content of exchangeable potassium in ordinary chernozem compared to the treated soil. During mouldboard treatment with the depth of 20-22 cm, the availability of ordinary chernozem with exchangeable potassium depends on the hydrothermal conditions of the crop season to a lesser extent. For layland, the content of exchangeable potassium in the soil was 2-3 times lower than in the soil used in agricultural production. The dynamics of the change in its content was similar to the dynamics of its content at zero treatment.
Based on the regression analysis of the research results, the authors establish patterns and trend models of changes in the potassium status of ordinary chernozem when using techniques for minimizing tillage and direct sowing in the soil and climatic conditions of the south-east of the Central Asian Republic.
Keywords: ordinary chernozem, exchangeable potassium, minimization of tillage, direct sowing. ВведениеВ последние годы большой интерес у науки и практики представляет минимализация в обработке почвы и, особенно технологии выращивания культур без обработки почвы [1], [2], [3]. В тоже время в научной литературе многие вопросы при внедрении минимализации обработки почвы и прямого посева являются остро дискуссионными и мало изученными [4], [5], [6], [7].
Одним из важных факторов плодородия почвы и получения стабильных урожаев выращиваемых культур является обеспеченность почвы элементами минерального питания [8], [9].
Калий является важнейшим элементом минерального питания растений, вынос его с урожаем сельскохозяйственных культур больше, чем фосфора, а иногда и азота. В растениях этот элемент участвует во многих процессах (превращение энергии, биосинтез и транспорт углеводов, функционирование различных ферментативных систем и др.). Оптимальное его содержание в черноземной почве составляет порядка 150 мг/кг почвы [9]. Достаточная обеспеченность растений калием способствует существенному повышению устойчивости растений к целому комплексу неблагоприятных внешних воздействий [10], [11]. Особая роль принадлежит калию в регуляции водного режима.
Значительное количество калия в почве находится в трудно доступной форме. Переход его из труднодоступных форм в обменные происходит под влиянием биологических и химических процессов в определенной мере изменяющихся под воздействием приемов обработки почвы. В этой связи установление изменения содержания и обеспеченности почвы доступным для растений формами калия при различных способах обработки почвы имеет важное значение.
Цель исследований – изучить изменение калийного режима чернозема обыкновенного при минимализации обработки почвы и прямом посеве.
Условия материалы и методы
Исследования проводились в ФГБНУ «Воронежский ФАНЦ им. В.В. Докучаева» в стационарном опыте по поиску и разработке наиболее рациональных приемов и систем обработки почвы, обеспечивающих сохранение почвенного плодородия и высокую урожайность сельскохозяйственных культур. Почва исследовательского полигона – чернозем обыкновенный тяжелосуглинистый, с благоприятными физико-химическими характеристиками 0-30 см слоя: гумус – 6,48%, общий азот – 0,36%, общий фосфор – 0,35%, общий калий – 1,85%, реакция почвенной среды близка к нейтральной (рНКСL – 6,99), гидролитическая кислотность – 0,57 мг.-экв. / 100 г.
Приемы обработки почвы изучаются в севообороте: горох – озимая пшеница – кукуруза на зерно – ячмень – однолетние травы – озимая пшеница – подсолнечник – ячмень.
Мониторинговые исследования изменения калийного режима почвы были проведены в течение семи лет с 2014 по 2020 год, с нарастающим сроком использования приемов минимализации обработки почвы, на первом поле стационарного опыта при рекомендованной для зоны обработки почвы – ежегодной вспашке на глубину 20-22 см (контроль), ежегодной минимальной на глубину 6-8 см, нулевой обработке и в почве естественной экосистемы – залежь косимая (абсолютный контроль).
Калийный режим почвы изучали в слое 0-20 см. Отбор образцов ежегодно производился три раза за вегетационный период. Обменный калий определяли по Чирикову (1968) (ГОСТ 26204-91). Результаты исследований Обработку экспериментальных данных проводили дисперсионным методом математического анализа (Доспехов, 1985) с использованием программного обеспечения ПК MicrosoftOfficeExcel 2010.
Погодные условия вегетационных периодов в годы проведения исследований были различными с ГТК май-август 0,31-1,09 и отражали всевозможный спектр складывающихся погодных условий в зоне, а в общем были близкими к климатической норме для юго-востока ЦЧР.
Результаты исследований и их обсуждение
Результаты мониторинговых исследований динамики обеспеченности почвы обменным калием при традиционной системе обработки почвы в севообороте – ежегодной вспашке на глубину 20-22 см (контроль), минимальной обработке почвы в севообороте – поверхностной безотвальной обработке почвы КПЭ-3,8 на глубину 6-8 см, нулевой обработке и многолетней косимой залежи свидетельствуют, что на фоне широкоамплитудных колебаний содержания обменного калия в черноземе обыкновенном по годам исследований, обусловленных агрометеорологическими условиями лет проведения опыта и сменой культур севооборота в длительном ряду наблюдений четко просматривается влияние изучаемых обработок почвы на содержание обменного калия в черноземе обыкновенном в период вегетации полевых культур (рис. ). При минимализации обработки почвы отмечается снижение уровня обеспеченности чернозема обыкновенного и, соответственно выращиваемых культур обменным калием в течение вегетационного периода. При этом в первые четыре года динамика изменения обеспеченности почвы обменным калием при ежегодной поверхностной безотвальной обработке почвы была аналогична как при ежегодной вспашке. В дальнейшем с нарастанием негативных последствий применения поверхностной обработки почвы (увеличения плотности почвы и снижения биологической активности и др.), с пятого года применения поверхностной обработки калийный режим чернозема складывается аналогично варианта с нулевой обработкой, но на более низком уровне, что связано с большим выносом калия при более высокой урожайности культур севооборота при поверхностной обработке почвы по сравнению с вариантом прямого посева.
Рис. 1 – Динамика изменения содержания обменного калия в черноземе обыкновенном в слое 0-20 см при минимализации обработки и прямом посеве
![1](/media/images/articles/1-13.jpg)
В связи с остро обсуждаемой проблемой возрастания плодородия почвы при длительном применении системы обработки по технологии No-till, где сторонники нулевой обработки, в основном ссылаясь на зарубежный опыт, указывают на то, что эффект от нулевой обработки почвы наступает не раньше, чем через 6-7 лет в зависимости от почвенно-климатических условий [12], [13], [14], нам было интересно установить закономерность изменения обеспеченности чернозема обыкновенного обменным калием в системе No-till. По результатам наших исследований начиная с четвертого года применения технологии No-till, отмечается рост содержания обменного калия в черноземе обыкновенном по сравнению с обрабатываемой почвой. С одной стороны, это связано с более низкой урожайностью культур севооборота и, соответственно, меньшим выносом калия из почвы на варианте нулевой обработки. С другой стороны, возможно со стабилизацией почвенных процессов, о чем указывается в научных работах [13].
На основании статистического анализа полученных результатов исследовании выявлено, что при различном формировании корнеобитаемого слоя менялась и закономерность в обеспеченности чернозема обыкновенного обменным калием при различных гидротермических условиях периода вегетации. Выявлено, что при отвальной обработке на глубину 20-22 см обеспеченность чернозема обыкновенного обменным калием в меньшей степени зависит от гидротермических условий вегетационного периода. Корреляционный коэффициент между этими показателями составляет r= 0,08, тогда как при нулевой обработке почвы коэффициент корреляции между ГТК вегетационного периода и содержанием обменного калия в почве составляет r= – 0,61, что свидетельствует более высокой степени зависимости питательного режима чернозема обыкновенного от погодных условий в период роста растений. На залежи зависимость содержания обменного калия в почве от гидротермического коэффициента была положительной и слабой r= 0,25.
Исследованиями была установлена отчетливо выраженная динамика агрогенного изменения калийного режима почв используемых в сельскохозяйственном производстве. На залежи содержание обменного калия в почве было в 2-3 раза ниже, чем в почве, используемой в сельскохозяйственном производстве. Динамика содержания К2О по годам исследований была аналогична динамике его содержания при нулевой обработке (рис.).
Регрессионный анализ результатов исследований позволил установить трендовые модели изменения калийного режима чернозема обыкновенного при применении приемов минимализации обработки чернозема обыкновенного и прямого посева в почвенно-климатических условиях юго-востока ЦЧР. При наибольшей среднегодовой обеспеченности почвы обменным калием при отвальной обработке – ежегодной вспашке на глубину 20-22 см – 104,3 мг/кг почвы прослеживается тенденция наиболее интенсивного его снижения в системе севооборота y = – 0,918x + 1863, что связано с получением более высокой урожайности культур по сравнению с другими изучаемыми приемами обработки и большим выносом обменного калия из почвы.
Заключение
В почвенно-климатических условиях юго-востока ЦЧР при минимализации обработки почвы отмечается снижение уровня обеспеченности чернозема обыкновенного и, соответственно, выращиваемых культур обменным калием в течение вегетационного периода. С нарастанием срока использования минимальной обработки почвы эта тенденция усиливается. Однако, начиная с четвертого года применения технологии No-till, отмечается рост содержания обменного калия в черноземе обыкновенном по сравнению с обрабатываемой почвой.
На основании регрессионного анализа результатов исследований установлены закономерности и трендовые модели изменения калийного режима чернозема обыкновенного при применении приемов минимализации обработки почвы и прямого посева в почвенно-климатических условиях юго-востока ЦЧР. При наибольшей среднегодовой обеспеченности почвы обменным калием при отвальной обработке – ежегодной вспашке на глубину 20-22 см в севообороте – 104,3 мг/кг почвы прослеживается тенденция наиболее интенсивного его снижения в системе севооборота y = – 0,918x + 1863, что связано с получением большей урожайности культур по сравнению с другими изучаемыми обработками и большим отчуждением обменного калия из почвы.
Конфликт интересов Не указан. | Conflict of Interest None declared. |
- Власенко А.Н. Разработка технологий No-till на черноземе выщелоченном лесостепи Западной Сибири / А.Н.Власенко, Н.Г.Власенко, Н.А. Коротких // Земледелие. – 2011. –№ 5. – С. 20-22.
- Дорожко Г.Р. Влияние длительного применения прямого сева на основные факторы плодородия почвы и урожайность озимой пшеницы в условиях засушливой зоны / Г.Р.Дорожко, О.И.Власова, О.Г.Шабалдас и др.// Земледелие. – 2017. – № 7. – С. 7-10.
- Glab T. Effect of organic farming on a StagnicLuvsoi soil physicatquality /T.Glab, K.Puzynska, S. Puzynska et al. // Geoderma. – 2016. – № 282. – Р. 16-25.
- Дридигер В.К. Влияние технологии No-till на содержание продуктивной влаги и плотность чернозема выщелоченного Центрального Предкавказья / В.К.Дридигер, Е.Б.Дрепа, А.Г. Матвеев // Современные проблемы науки и образования. – 2015. – № 12. – С. 283.
- Вольтарес И.А. Влияние традиционной технологии возделывания и прямого посева полевых культур на агрофизические факторы почвенного плодородия чернозема обыкновенного в зоне неустойчивого увлажнения /И.А.Вольтарес, О.И.Власова, Л.В. Трубачева и др. // Агрофизика. – 2018. – № 4. – С. 24-30.
- Романов В.Н. Влияние приемов основной обработки почвы в севообороте на динамику увлажненности и агрофизические свойства чернозема выщелоченного / В.Н.Романов, В.К.Ивченко, О.И. Ивченко и др.// Достижения науки техники АПК. – 2018. – Т. 32. № 5. – С. 32-34.
- Гармашов В.М. Биологическая активность чернозема обыкновенного при минимализации обработки и прямом посеве / В.М.Гармашов, Л.В. Гармашова // Международный научно-исследовательский журнал. 2021. – № 2 (104). – Часть 1. – С. 145-148.
- Новоселов С.И. Влияние минеральных удобрений на продуктивность севооборотов с различными видами паров / С.И. Новоселов, Н.И.Толмачев, А.В. Муржинова // Плодородие. – 2014. – № 5. – С. 14-15.
- Пироженко В.В. Мониторинг состояния плодородия пахотных почв Курской области /В.В. Пироженко // Достижения науки и техники АПК. – 2019. Т. 33, – № 4. – С.
- Прокошев В.В. Калий и калийные удобрения / В.В. Прокошев, И.П. Дерюгин. – М.: Ледум, 2000. – 185 с.
- Минеев В.Г. Агрохимия / В.Г. Минеев. – М.:, Колос, 2004. – 719 с.
- Дридигер В.К. Методические подходы к изучению систем земледелия без обработки почвы / В.К. Дридигер // Земледелие. – 2014. – № 7. – С. 24-27.
- Методические рекомендации по разработке минимальных систем обработки почвы и прямого посева / Под ред. Иванова А.Л., Кирюшина В.И. М.: ООО «Издательство МБА», 2019. – 136 с.
- Дридигер В.К. Особенности проведения научных исследований по минимализации обработки почвы и прямому посеву: методические рекомендации / В.К. Дридигер. – Ставрополь: Сервисшкола, 2020. – 69 с.
Список литературы на английском языке /ReferencesinEnglish
- Vlasenko A.N. Razrabotka tehnologij No-till na chernozeme vyshhelochennom lesostepi Zapadnoj Sibiri [Development of No-till technologies on leached chernozem of the forest-steppe of Western Siberia] /A.N. Vlasenko, N.G. Vlasenko, N.A. Korotkikh // Zemledelie [Agriculture]. - 2011. -No. 5. - pp. 20-22. [in Russian]
- Dorozhko G.R. Vlijanie dlitel'nogo primenenija prjamogo seva na osnovnye faktory plodorodija pochvy i urozhajnost' ozimoj pshenicy v uslovijah zasushlivoj zony [Influence of long-term use of direct sowing on the main factors of soil fertility and yield of winter wheat in arid zone] / G.R. Dorozhko, O.I. Vlasova, O.G. Shabaldas et al. // Zemledelie [Agriculture]. - 2017. - No. 7. - pp. 7-10. [in Russian]
- Glab T. Effect of organic farming on a StagnicLuvsoi soil physicatquality / T. Glab, K. Puzynska, S. Puzynska et al. // Geoderma. - 2016. - No. 282. - p. 16-25.
- Dridiger V.K. Vlijanie tehnologii No-till na soderzhanie produktivnoj vlagi i plotnost' chernozema vyshhelochennogo Central'nogo Predkavkaz'ja [Influence of No-till technology on the content of productive moisture and density of leached chernozem of the Central Caucasus] / V.K. Dridiger, E.B. Drepa, A.G. Matveev // Sovremennye problemy nauki i obrazovanija [Modern problems of science and education]. - 2015. - No. 12. - p. 283. [in Russian]
- Voltares I.A. Vlijanie tradicionnoj tehnologii vozdelyvanija i prjamogo poseva polevyh kul'tur na agrofizicheskie faktory pochvennogo plodorodija chernozema obyknovennogo v zone neustojchivogo uvlazhnenija [Influence of traditional technology of cultivation and direct sowing of field crops on agrophysical factors of soil fertility of ordinary chernozem in the zone of unstable moisture] /I.A. Voltares, O.I. Vlasova, L.V. Trubacheva et al. // Agrofizika [Agrophysics]. - 2018. - No. 4. - pp. 24-30. [in Russian]
- Romanov V.N. Vlijanie priemov osnovnoj obrabotki pochvy v sevooborote na dinamiku uvlazhnennosti i agrofizicheskie svojstva chernozema vyshhelochennogo [Influence of basic tillage techniques in crop rotation on moisture dynamics and agrophysical properties of leached chernozem] / V.N. Romanov, V.K. Ivchenko, O.I. Ivchenko et al. // Dostizhenija nauki tehniki APK [Achievements of science and technology of agriculture]. - 2018. - Vol. 32. No. 5. - pp. 32-34. [in Russian]
- Garmashov V.M. Biologicheskaja aktivnost' chernozema obyknovennogo pri minimalizacii obrabotki i prjamom poseve [Biological activity of ordinary chernozem with minimization of processing and direct sowing] / V.M. Garmashov, L.V. Garmashova // Mezhdunarodnyj nauchno-issledovatel'skij zhurnal [International Research Journal]. 2021. – № 2 (104). - Part 1. - pp. 145-148. [in Russian]
- Novoselov S.I. Vlijanie mineral'nyh udobrenij na produktivnost' sevooborotov s razlichnymi vidami parov [The influence of mineral fertilizers on the productivity of crop rotations with different types of vapors] / S.I. Novoselov, N.I. Tolmachev, A.V. Murzhinova // Plodorodie [Fertility]. - 2014. - No. 5. - pp. 14-15. [in Russian]
- Pirozhenko V.V. Monitoring sostojanija plodorodija pahotnyh pochv Kurskoj oblasti [Monitoring of the state of fertility of arable soils of the Kursk region] / V.V. Pirozhenko // Dostizhenija nauki i tehniki APK [Achievements of science and technology of the agro-industrial complex]. - 2019. Vol. 33, - No. 4. - P. [in Russian]
- Prokoshev V.V. Kalij i kalijnye udobrenija [Potassium and potash fertilizers] / V.V. Prokoshev, I.P. Deryugin. - M.: Ledum, 2000– - 185 p. [in Russian]
- Mineev V.G. Agrohimija [Agrochemistry] / V.G. Mineev. - M.:, Kolos, 2004– - 719 p. [in Russian]
- Dridiger V.K. Metodicheskie podhody k izucheniju sistem zemledelija bez obrabotki pochvy [Methodological approaches to the study of farming systems without tillage] / V.K. Dridiger // Zemledelie [Agriculture]. - 2014. - No. 7. - pp. 24-27. [in Russian]
- Metodicheskie rekomendacii po razrabotke minimal'nyh sistem obrabotki pochvy i prjamogo poseva [Methodological recommendations for the development of minimal systems of tillage and direct sowing] / Ed. Ivanova A.L., Kiryushina V.I. M.: IBA Publishing House LLC, 2019. - 136 p [in Russian]
- Dridiger V.K. Osobennosti provedenija nauchnyh issledovanij po minimalizacii obrabotki pochvy i prjamomu posevu: metodicheskie rekomendacii [Features of scientific research on minimizing tillage and direct sowing: methodological recommendations] / V.K. Dridiger. - Stavropol: Service School, 2020. - 69 p. [in Russian]