AGROECOLOGICAL PROPERTIES OF SOILS AT DIFFERENT METHODS OF BASIC TILLAGE ON BLACK SOIL IN DRY CONDITIONS

Загидуллина А.Ш.¹, Михина О.Н.², Канакова А.А.³, Филиппова А.В.⁴

¹Аспирант, ²Кандидат биологических наук, ³Кандидат биологических наук, доцент, ⁴Доктор биологических наук, профессор, Оренбургский государственный аграрный университет

АГРОЭКОЛОГИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА ПОЧВ ПРИ РАЗЛИЧНЫХ СПОСОБАХ ОСНОВНОЙ ОБРАБОТКИ НА ЧЕРНОЗЕМЕ ЮЖНОМ В  СУХОСТЕПНЫХ УСЛОВИЯХ

Аннотация

Данная статья посвящена проблемам применения разных видов основной обработки почв в условиях рискованного земледелия. В статье рассматривается влияние основной обработки почвы на общую полевую влагу. Даны климатические показатели за период исследования, которые влияют на численность почвенных организмов. Рассчитана корреляционная зависимость между численностью почвенных организмов и почвенной влагой. В результате исследования отмечено положительное влияние безотвальной и глубокой отвальной обработок на сохранение влаги, безотвальная обработка благоприятно повлияла на урожайность озимой пшеницы. Нами отмечено, что при применении безотвальной обработки сформировалось наибольшее количество эрозионно-опасных агрегатов.

Ключевые слова: основная обработка, общая полевая влажность, почвенная биота, агроэкосистема,  чернозем южный.

Zagidullina A.Sh.¹, Mikhina O.N.², Kanakova A.A.³, Filippova A.V.⁴

¹Postgraduate student, ²PhD in Biology, ³PhD in Biology, Associate professor, ⁴PhD in Biology, Professor, Orenburg State Agrarian University

AGROECOLOGICAL PROPERTIES OF SOILS AT DIFFERENT METHODS OF BASIC TILLAGE ON BLACK SOIL IN DRY CONDITIONS

Abstract

This paper is devoted to the problems of application of different types of basic tillage under conditions of risky farming. The influence of basic tillage on the total moisture in a field is considered in this work. The climatic parameters for the studied period affecting the number of soil organisms are given. The correlation dependence between the number of soil organisms and soil moisture is calculated. As a result of the study, the positive effect of the unrestricted and deep dump tillage on the retention of moisture is noted, and the unprocessed tillage favorably affected the productivity of winter wheat. We noted that the most amount of erosion-hazardous aggregates has been formed with the use of nonmoldboard cultivation.

Keywords: main tillage, total field moisture, soil biota, agroecosystem, southern chernozem.

Экологической проблемой современного сельского хозяйства является снижение качества почв и нарушение резервных возможностей агроэкосистем, что неизбежно ведет к снижению продуктивности сельскохозяйственных культур. Так, по данным пресс-службы правительства Оренбургской области средняя урожайность зерновых и зернобобовых зерновых в регионе  варьируют от 2,6 ц/га, до 13,4 ц/га [5]. В зонах рискованного земледелия,  к которым относится Оренбургская область,  проблемы стабильности получения урожая при сохранении качества почв связана с недостатком влаги в вегетационном периоде. Суховеи, сопровождающие практически весь теплый период, иссушают почвы на глубину корнеобитаемого слоя. [1, С. 20]. В условиях дефицита влаги агроэкосистемы становятся особенно уязвимыми, наблюдается «стерильность» пахотных почв по биотической составляющей, что ведет к нарушению структурности, усиливающей ветровую эрозию, и нарушению доступности основных элементов питания растений. Низкая влажность не позволяет также сформировать  и поддерживать в активном состоянии  консорции микроорганизмов. [2, С.154 – 157], за счет которых формируются соединения базовых и доступных форм питательных веществ. Растения будут испытывать недостаток доступных форм элементов питания, что снизит урожайность, а нарушение процессов катаболитического направления снижает эффект гумусообразования. Таким образом, возникает две экологические проблемы потеря разнообразия почвенных организмов, снижение продуктивности агроценоза.

Существующие проблемы вызывают необходимость разработки новых ресурсосберегающих технологий, основанных на адаптации агроэкосистем к природным условиям. В зоне рискованного земледелия одни и те же агромероприятия могут приводить к совершенно разным последствиям в зависимости от климатических факторов определенного года. Противоречивые данные исследователей о преимуществах или недостатках различных видов основной обработки почв подводят к пониманию того, что требуется ранжировать влияние их видов на экологический потенциал почв и их агроэкологические показатели  в  зависимости от конкретных абиотических факторов условий года [6, С. 30-33]. Такое ранжирование позволит оперативно менять стратегию выбора основной обработки почвы и сделать акцент на той обработке, которая окажет положительное влияние как на сохранение влаги в почве пахотного слоя, так и активность почвенно-биотического комплекса.

Объект и методы исследования.

Исследования проводили в течение вегетационного периода 2016 года в условиях учебно-опытного поля Оренбургского ГАУ. Почва опытного участка – чернозем южный, среднемощный, карбонатный, тяжелосуглинистый. Эксперимент проводили в зернопропашном севообороте: нут; озимая пшеница; сорго; яровая пшеница; подсолнечник; ячмень. После уборки сорго поле разделили на три варианта в четырехкратной повторности и провели три осенних обработки: безотвальную, мелкую отвальную, глубокую отвальную, подготовив поле к посеву яровой пшеницы. Посев осуществили 5 мая  из расчета нормы высева 4,5 ц/га, сорт Юго-Восточная 2.

Отбор образцов почвы осуществляли согласно ГОСТ 28168-89. Образцы почв были отобраны с глубины пахотного слоя (0-30 см) методом конверта (Метод отбора почвенных проб буром) [3, С. 5].

Определение структурного состава проводили по Н.И.Савинову. Влажность определяли термостатном-весовым методом. Изучение и определение почвенных беспозвоночных проводили методом прямого ручного разбора проб [4, С. 275].

Результаты исследования. 

Изучение динамики влажности в условиях учебно-опытного поля Оренбургского ГАУ показало, что во всех вариантах в начале вегетационного периода наблюдалось достаточное для нормальной работы почвенно-биотического комплекса содержание влаги, обусловленное зимне - весенними запасами.  В дальнейшем содержание влаги уменьшалось сообразно влиянию погодных условий вегетационного периода. Так, в вариантах с безотвальной обработкой общая полевая влажность составила в мае 11,1%, в июне – 9,6% (рис.1). Повышение температуры воздуха в июле составила  +33 С⁰ и низкое количество осадков (24 мм), привели к резкому снижению запасов влаги в почве, достигнув минимального значения 3,3%, аналогичная тенденция отмечалась и в конце августа, значение влажности составили – 3,0%. Увеличение количества осадков в сентябре и снижение температуры воздуха привели к накоплению влаги, поэтому показатели общей полевой влажности составили 8,9% к концу месяца.

Рис. 1 –  Динамика общей полевой  влажности почв по вариантам опыта за 2016 г (%)

Примечание: * Б – безотвальная; М – мелкая отвальная; Г – глубокая отвальная.  

Аналогичную тенденцию мы наблюдаем и при глубокой обработке почвы, при этом в июле минимальное значение влажности составило 2,7%, а в августе – 2,5%.

В варианте с мелкой отвальной обработкой мы наблюдаем более равномерное колебание общей полевой  влажности почвы в течение вегетационного периода, при этом минимум содержания влаги приходится на третью декаду августа (3,4%).

Расчет общего запаса влаги в почве в миллиметрах водного столба (табл.2) позволяет выделить мелкую отвальную обработку как более стабильную для сохранения влаги в почве.

 

Таблица 2 – Общий запас влаги в почве (мм вод. столба)

	Май	Июнь	Июль	Август	Сентябрь
Безотвальная	121,5	105,1	39,8	61,7	104,6
Мелкая отвальная	94,8	74,4	73,5	55,0	115,1
Глубокая отвальная	121,9	74,3	35,3	55,1	103,8

 

Динамика влажности почвы отразилась в свою очередь на функционировании почвенной мезобиоты. Обнаруженные нами, путем прямого ручного разбора проб,  почвенные организмы были представлены дождевыми червями, многоножками, личинками и имаго жесткокрылых, почвенными нематодами,  мелкими паукообразными. Средняя численность  варьировала в мае от 3,1 экз/м² в варианте с мелкой обработкой до 5,1 экз/м² в варианте с глубокой обработкой. В июне средняя численность почвенной биоты немного снизилась  и составила: на поле с безотвальной обработкой – 4,4 экз/м², на поле с мелкой обработкой – 3,6 экз/м², на глубокой вспашке – 3,8 экз/м², что коррелирует с  содержанием влаги в почве.

Снижение содержания влаги в почве в июле и августе при высоких температурах воздуха способствовало уменьшению численности почвенных организмов на 48%, больше всего численность упала в варианте  с безотвальной обработкой  (рис. 2). Дальнейшее понижение температуры в сентябре в среднем до +25,1⁰С и значительное количество выпавших осадков способствовало влагонакоплению на 12 мм. Это в свою очередь оживило почвенный слой и увеличило численность почвенных организмов на 35%.

Рис. 2 - Динамика численности почвенных животных, экз/м²

Примечание: * Б – безотвальная; М – мелкая отвальная; Г – глубокая отвальная.  

В целом, активизация почвенной биоты в моменты повышения влагозапасов, повторила тренд динамики влажности. Расчет корреляционной зависимости (рис. 2) общей полевой влаги и беспозвоночных на полях Оренбургского ГАУ с разными обработками показал, что  при использовании безотвальной обработки сильная положительная корреляционная зависимость отмечалась в мае r = 0,98, июне r =  0,84 и в  сентябре r = 0,99. Отрицательная корреляция была отмечена в июле r = - 0,62 и августе r = - 0,23, полученные данные можно связать с тем, что при увеличении температуры воздуха, численность беспозвоночных уменьшается.

Рис. 3 – Корреляционная зависимость между общей полевой влагой и численностью беспозвоночных

При мелкой отвальной вспашке отрицательная корреляция наблюдалась в июне r = - 0,87 и июле r = - 0,76. В мае, августе и сентябре нами отмечена сильная корреляционная зависимость. При использовании глубокой отвальной вспашки отрицательная зависимость наблюдалась в мае и в июле и составила r =  - 0,10,  r =   - 0,57 соответственно. Можно отметить, что на поле с глубоко отвальной вспашкой самая низкая корреляционная зависимость наблюдалась и составила в июне r = 0,11, в августе сильная корреляционная связь составила r =  0,99 , а в сентябре средняя зависимость r =  0,36.

Экологическая стабилизация агрегатного состояния имеет большое значение для водно-воздушного режима почв и урожайности, а также играет большую роль в резервировании плодородия для следующего года. Работа почвенной биоты отразилась на формировании структуры почвенных агрегатов. При сравнении агрегатного состояния почвы в зависимости от применяемых обработок было отмечено, что при безотвальной вспашке наблюдалось наибольшее количество эрозионно-опасных агрегатов  и составило 22,03 % и 15,34 % на глубине 0 – 10 и 10 – 30 см соответственно.  При использовании мелкой отвальной обработки  показатели содержания эрозионно-опасных агрегатов  на глубинах 0 – 10 см и 10 – 30 см  значительно уменьшились и составили 13,82% и 11,04%. При глубокой отвальной обработке на глубине 0 – 10 см количество эрозионно-опасных агрегатов составило 10,75%, а на глубине 10-30 см – 12,9%. Таким образом, можно сказать, что наибольшее количество эрозионно-опасных агрегатов  сформировалось при использовании безотвальной обработки.

Результаты, полученные с опытных делянок по вариантам опыта,  позволяют отметить вариант с безотвальной обработкой как наиболее продуктивный – урожайность озимой пшеницы составила 22,8 ц/га. На мелкой отвальной обработке урожайность была ниже  на 10%, составив 20,4 ц/га, а на глубоко отвальной на 18% - 18,5 ц/га.

Выводы.

1. Анализ общей полевой влажности и общего запаса влаги в почве позволяет говорить о том, что безотвальная и глубокая отвальная обработка способствовали сохранению влаги только в начале вегетационного периода, затем же наблюдали резкое снижение содержания влаги в почве.  В варианте с использованием мелкой отвальной обработки показатели содержания влаги в почве в начале вегетационного периода были ниже, чем при безотвальной и глубокой обработках, однако не подвергались значительным колебаниям в течение всего вегетационного периода. Таким образом, вариант с применением безотвальной обработкой почвы мы можем выделить как наиболее стабильный по содержанию влаги в почве.
2. Изменение численности почвенных беспозвоночных в течение вегетационного периода зависело от изменения почвенно-климатических условий. При этом в вариантах с глубокой отвальной и безотвальной обработками наблюдалось снижение численности беспозвоночных к концу вегетационного периода. В варианте с мелкой отвальной обработкой данный показатель был более стабильным, что коррелировало с содержание влаги в почве.
3. Анализ структуры почвы на содержание эрозионно-опасных фракций показал, что наименьшее их количество наблюдалось при мелкой отвальной обработке и составило 19,5%, при  глубокой отвальной обработке составило в среднем 20,1%, а при безотвальной обработке содержание  эрозионно-опасных фракций составило 18,7 %.

Список литературы / References

1. Погосян И.В. Естественная и антропогенная трансформация почвенного покрова на примере сухостепной зоны Волгоградской области: автореферат дисс…канд.геогр.наук : 25.00.23 : / Погосян Наира Вильсоновна. Волгоград, 2006. С. 20.
2. Филиппова, А.В. Биологизированные приёмы восполнения азотного фонда черноземов южных в условиях дефицита влаги / А.В.Филиппова, А.А. Канакова, О.Н.Михина // Известия Оренбургского государственного аграрного университета. – 2016. – №1(57). – С.154 – 157.
3. ГОСТ 28168. Почвы. Отбор проб. Метод отбора почвенных проб буром. – М.: Издательство стандартов – 2011. – С. 5.
4. Гиляров М.С. Зоологический метод диагностики почв: монография / М.С.Гиляров. – М: Наука. 1969.- С. 275.
5. Портал Правительства Оренбургского области [Электронный ресурс]. – Режим доступа: URL:http://orenburg-gov.ru/news/apk/2013-08-12-19-6-44/?sphrase_id=164397 (дата обращения 16.03.2017).
6. Филиппова А.В. К вопросу о необходимости эколого-экономической паспортизации агроприемов в агроэкосистеме сухо-степной зоны Оренбургского Предуралья / А.В. Филиппова, А.А. Канакова, А.Ш. Загидуллина // Материалы международной научно-практической конференции: Инновационное развитие АПК России. - Москва: Федеральное государственное бюджетное научно учреждение Всероссийский научно-исследовательский институт мясного скотоводства, 2015. – С. 30-33.

Список литературы на английском языке / References in English

1. Pogosjan I.V. Estestvennaja i antropogennaja transformacija pochvennogo pokrova na primere suhostepnoj zony Volgogradskoj oblasti [Natural and anthropogenic transformation of the soil cover by the example of the dry steppe zone of the Volgograd Region]: avtoreferat diss… of PhD in Geography : 25.00.23 : / Pogosjan Naira Vil'sonovna. Volgograd, 2006. P. 20. [in Russian]
2. Filippova, A.V. Biologizirovannye prijomy vospolnenija azotnogo fonda chernozemov juzhnyh v uslovijah deficita vlagi [Biologized methods of replenishing the nitrogen fund of chernozems in the south in conditions of moisture deficit] / A.V.Filippova, A.A. Kanakova, O.N.Mihina // Izvestija Orenburgskogo gosudarstvennogo agrarnogo universiteta [Proceedings of the Orenburg State Agrarian University]. – 2016. – №1(57). – P.154 – 157. [in Russian]
3. GOST 28168. Pochvy. Otbor prob. Metod otbora pochvennyh prob burom [Soil. Sample selection. Method for selection of soil samples by drill] – M.: Izdatel'stvo standartov [Publishing house of standards] – 2011. – P. 5. [in Russian]
4. Giljarov M.S. Zoologicheskij metod diagnostiki pochv: monografija [Zoological method of soil diagnostics]/ M.S.Giljarov. – M: Nauka [The science]. 1969.- P. 275. [in Russian]
5. Portal Pravitel'stva Orenburgskogo oblasti [The portal of the government of Orenburg region] [Electronic resource]. – Rezhim dostupa: URL: http://orenburg-gov.ru/news/apk/2013-08-12-19-6-44/?sphrase_id=164397 (accessed: 16.03.2017). [in Russian]
6. Filippova A.V. K voprosu o neobhodimosti jekologo-jekonomicheskoj pasportizacii agropriemov v agrojekosisteme suho-stepnoj zony Orenburgskogo Predural'ja [On the question of the need for environmental and economic certification of agricultural practices in the agroecosystem dry-steppe zone of Orenburg Ural region] / A.V. Filippova , A.A. Kanakova, A.Sh. Zagidullina // Materialy mezhdunarodnoj nauchno - prakticheskoj konferencii: Innovacionnoe razvitie APK Rossii [Materials of the International Scientific and Practical Conference: Innovative Development of the Agroindustrial Complex of Russia] – Moskva: Federal'noe gosudarstvennoe bjudzhentnoe nauchno uchrezhdenie Vserossijskij nauchno-issledovatel'skij institut mjasnogo [Moscow: Federal State Budget Scientific Institution All-Russian Research Institute of Meat Cattle Breeding]. 2015. - P. 30-33. [in Russian]