Изменение плотности чернозёма южного под влиянием приёмов и систем обработки почвы

Полный текст

Введение.

Обработка почвы оказывает значительное влияние на условия выращивания и урожайность сельскохозяйственных культур и проводится главным образом для оптимизации её физических свойств. Ухудшение качества почвы коррелируется со снижением в ней содержания гумуса, поэтому оно занимает основное место среди оценочных показателей плодородия почвы. Однако уловить изменения содержания гумуса за небольшой промежуток времени очень сложно и малодостоверно. Не менее информативным показателем изменения агрофизического состояния почвы является её плотность, которая динамична, меняется за короткий период. После обработки почва наиболее рыхлая, затем постепенно уплотняется. Обработка почвы призвана регулировать её плотность под культуру.

Большинство исследований рассматривают изменение плотности пахотного слоя под влиянием приёмов обработки и чаще приходят к выводу о преимуществе вспашки перед другими способами и приёмами обработки почвы в оптимизации её плотности (Скороходов В.Ю. и др., 2022; Дубовик Д.В. и др. 2022; Линков С.А. и др., 2023; Лукьянов В.А. и Прущик И.А., 2022; Krzysztof Orzech et al., 2021). Между тем в опытах Blanco-Canqui H с соавторами (2022) плотность почвы была практически одинаковой на вспашке и нулевой обработке. Одинаковую, не превышающую оптимальные параметры плотность обеспечили отвальная вспашка на глубину 20-22, плоскорезное рыхление на 20-22 см, поверхностная обработка на 8-10 см и без обработки в опытах Дубовик Д.В. с коллегами (2024). Аналогичные результаты на чернозёме выщелоченном тяжелосуглинистом получены в условиях Краснодарского края (Мнатсаканян А.А. и др., 2022) и чернозёме типичном тяжелосуглинистом в Белгородской области (Клостер Н.И. и др., 2023).

Имеются работы, оценивающие влияние систем обработки на динамику плотности почвы в результате длительного их применения. В исследованиях Пакуль А.Л. с соавторами (2019) комбинированная глубокая, комбинированная минимальная и нулевая системы обработки почвы привели к незначительному увеличению плотности почвы, по сравнению с отвальной, но связано это не с длительным применением систем, а влиянием приёмов обработки почвы. К аналогичному выводу приходят многие авторы (Blanco-Canqui H et al., 2022). В других опытах (Поляков Д.Г., 2021; Topa D et al., 2021) при длительном применении прямого посева происходило разуплотнение почвы. Однако в опыте Перфильева Н.В. и Вьюшина О.А. (2023) с традиционной, консервирующей и нулевой системами обработки почвы плотность была практически одинаковой. И наоборот, в опытах Семенцова А.В. с коллегами (2016) при длительном применении различных систем обработки почвы на 9-й год произошло увеличение плотности пахотного слоя почвы, но в большей степени на безотвальной и мелкой системах.

Таким образом, обзор доступных источников показывает наличие противоречий в выводах. Нет единого мнения не только по отвальной системе обработки, но и по ресурсосберегающим системам, особенно при длительном их применении. Неоднозначность итогов исследований указывает на то, что в различных почвенно-климатических зонах влияние факторов, обусловленных разными способами и системами обработки почвы, определяющих изменение плотности почвы, неодинаковы. Поэтому полевые эксперименты, особенно долгосрочные, направленные на решение проблемы уплотнения почвы в конкретных зонах, остаются актуальными.

Это исследование отличается от предыдущих тем, что оно оценивает изменения плотности почвы в пахотном горизонте и в отдельных её слоях в результате влияния различных способов и широкого спектра систем обработки чернозёма южного.

Цель исследования.

Изучить изменения плотности чернозёма южного при длительном применении систем обработки почвы, различающихся уровнем минимизации. Для достижения поставленной цели решались следующие задачи: - установить влияние способов обработки почвы на её плотность; - выявить динамику плотности пахотного горизонта почвы и отдельных её слоёв под влиянием систем обработки почвы.

Материалы и методы исследования.

Объект исследования. Почва – чернозём южный карбонатный малогумусный тяжелосуглинистый.

Характеристика территорий и природно-климатические условия. Участок исследования находится в зоне с семиаридным (полуаридным) климатом умеренных широт (BSk) Оренбургского Предуралья (Оренбургская область, Россия) с координатами 51°78'72"N-55°28'80"E. Среднемесячная температура воздуха колеблется от -24,3 до -27,4 °С в январе, от +19,9 до +22,4 °С – в июле, а средняя годовая температура составляет +5,3 °C. Среднегодовое количество осадков – 350-450 мм. Почва – чернозём южный карбонатный малогумусный тяжелосуглинистый на красно-бурых карбонатных суглинках. В слое 0 30 см почвы содержится: гумуса – 4,1 %, легкогидролизуемого азота (N) – 8,4 мг, подвижного фосфора (P2O5) – 3,25 мг, обменного калия (К2О) – 27 мг и обменного кальция (CaO) – 39,0 мг на 100 г почвы. Высокая карбонатность обуславливает щелочную реакцию почвы pH 7,6-8,0.

Схема эксперимента. Материалом для исследований послужили данные полевого стационарного опыта, заложенного в 1988 г. на учебно-опытном поле Оренбургского ГАУ. В опыте изучается 16 различных по уровню минимизации систем обработки почвы. Для настоящей работы взяты 4 наиболее контрастные по интенсивности и глубине воздействия на почву: 1) чередование обычной вспашки на глубину 20-22 см с глубокой на 28-30 см (интенсивная); 2) чередование обычного безотвального рыхления на 20-22 см с глубоким на 28-30 см (разноглубинная безотвальная); 3) чередование безотвальных мелких обработок на 12-14 см с глубокими (минимальная), 4) чередование нулевой обработки с мелкими и глубокими рыхлениями (почвосберегающая), при этом под зерновые нулевая проводилась два года подряд и всего 14 раз за 35 лет.

Оборудование и технические средства. Плотность почвы определяли распространённым методом – отбором известного объёма с помощью металлического кольца, вдавливаемого в почву, и определения её массы после высушивания (Вадюнина А.Ф. и Корчагина З.А., 1986). Отбор проб проводился вне следа колёс посевной и уборочной техники. Все измерения на каждом варианте проводили в четырёхкратной повторности в посев яровых ранних культур.

Результаты исследования.

Из всех изучаемых приёмов наиболее рыхлое сложение пахотного слоя обеспечивает вспашка на 28-30 см (рис. 1). На этом варианте плотность почвы варьирует в пределах 1,06 до 1,12 г/см³. По мере уменьшения глубины и интенсивности обработки плотность почвы увеличивается, достигая наибольших значений на нулевой обработке почвы, а иногда на мелком рыхлении. На этих вариантах плотность выше на 0,10…0,15 г/см³, чем на вспашке. Но даже достигая значений 1,21…1,22 г/см³, она остаётся в диапазоне оптимальных значений для основных культур. Большинством исследователей в этой области за верхний придел оптимума плотности пахотного слоя принято значение в 1,30 г/см³. При этом на графике видно, что это оказывает разное влияние на состояние почвы весной в вариантах опыта. Например, при третьем определении на нулевой обработке отмечено увеличение объёмной массы пахотного слоя, а на глубокой вспашке – уменьшение по отношению к предыдущему определению.

 

Рисунок 1. Плотность пахотного слоя почвы при различных способах обработки почвы весной (В28-30 – вспашка на 28-30 см (контроль); В20-22 – вспашка на 20-22 см; Б20-22 – безотвальное рыхление на 20-22 см; П12-14 – мелкое рыхление на 12-14 см; Н – нулевая обработка. 1, 2, 3…10 – годы определения плотности почвы

Figure 1. The density of the arable soil layer under various methods of tillage in spring (P28-30 – plowing at 28-30 cm (control); P20-22 – plowing at 20-22 cm; ML20-22 – moldboard loosening at 20-22 cm; NT12 -14 – fine loosening by 12-14 cm; ZT – zero tillage 1, 2, 3…10 – years of soil density determination

 

Иногда по-разному реагирует почва даже на вспашку различной глубины. Так, при втором и четвёртом определениях плотность пахотного слоя на варианте со вспашкой на 20-22 см уменьшилась, а на контрольном с глубокой обработкой увеличилась. Необходимо отметить, что для объективного сравнения степени влияния приёмов на плотность, она в вариантах с минимизацией определялась в годы, когда проводилась глубокая вспашка. Способы обработки существенно изменяют плотность отдельных слоёв пахотного горизонта (табл. 1).

 

Таблица 1. Влияние способов обработки почвы на плотность пахотного горизонта и отдельных его слоёв, г/см³

Table 1. The influence of soil cultivation methods on the density of the arable horizon and its individual layers, g/cm³

Слои почвы, см / Soil layers, cm	Вспашка 28-30 см / Plowing 28-30 cm		Вспашка 20-22 см / Plowing 20-22 cm		Безотвальное рыхление 20-22 см / Non-mouldboard loosening 20-22 cm		Мелкое рыхление 12-14 см / Fine loosening by 12-14 cm		Нулевая / Zero tillage
	1991-1993 гг.	2021-2023 гг.	1991-1993 гг.	2021-2023 гг.	1991-1993 гг.	2021-2023 гг.	1991-1993 гг.	2021-2023 гг.	1991-1993 гг.	2021-2023 гг.
0-10	1,02	1,10	1,07	1,12	1,06	1,11	1,05	1,09	1,08	1,11
10-20	1,04	1,11	1,12	1,15	1,16	1,22	1,21	1,31	1,22	1,27
20-30	1,13	1,12	1,22	1,26	1,23	1,28	1,24	1,27	1,25	1,24

 

Верхний слой почвы на начало опыта (1991-1993 гг.) остаётся рыхлым при всех способах обработки. Плотность варьирует в диапазоне от 1,02 г/см³ на глубокой вспашке до 1,08 г/см³ – на нулевой обработке.

Очевидно уплотняющее действие рабочих органов почвообрабатывающих орудий на лежащие ниже глубины обработки слои почвы. Так, заметно уплотнён слой 20-30 см на обычной вспашке и безотвальном рыхлении, а на варианте с мелкой обработкой – слой 10-20 см. Превышение значений плотности этих слоёв на указанных вариантах составляет соответственно 0,09 г/см³, 0,10 г/см³ и 0,17 г/см³ по отношению к аналогичному слою в контроле.

Графическое изображение данных показывает, что длительное применение различных систем обработки существенно влияет на плотность 0-30 см слоя почвы (рис. 2).

 

Рисунок 2. Изменение плотности пахотного слоя почвы под влиянием различных систем обработки почвы

Figure 2. Change in the density of the arable soil layer under the influence of various tillage systems

 

В 2021-2023 гг. плотность почвы на всех вариантах меняется по слоям почвенного горизонта с аналогичной закономерностью, с той лишь разницей, что значения объёмной массы значительно выше, чем в начале опыта. Причём на варианте с мелким рыхлением плотность почвы за период от 1991-1993 гг. по 2021-2023 гг. в отдельных слоях на всех вариантах увеличилась на 0,03…0,06 г/см³. Таким образом, минимизация обработки почвы в сравнении со вспашкой приводит к уплотнению пахотного слоя.

Обсуждение полученных результатов.

Наблюдения за физическим состоянием пахотного слоя почвы дали возможность оценить действие обработки на плотность чернозёма южного в двух разных направлениях: влияние способа (приёма) и систем обработки почвы при длительном их применении. Традиционные способ и система обработки дают несомненные преимущества перед ресурсосберегающими в обеспечении более рыхлого сложения пахотного слоя почвы, что согласуется с выводами других авторов (Дубо-вик Д.В. и др., 2024; Krzysztof O et al., 2021). Это было подтверждено на другом стационарном опыте в тех же условиях учёными Оренбургского ГАУ (Bakirov F et al., 2021). Плужная подошва может стать препятствием для роста корней растений в глубь даже при её относительно низкой и находящейся в пределах оптимальных значений плотности. Поскольку преградой для углубления корней является не столько высокая плотность, сколько резкий перепад её значений между слоями, вызванный обработкой (Бакиров Ф.Г. и др., 2023).

Наблюдаемые колебания плотности в вариантах по годам свидетельствуют о влиянии условий увлажнения почвы осенью до и после её обработки. В первом случае хорошее увлажнение отражается на качестве обработки (Панасюк А.Н. и Липкань А.В., 2020), во втором – на саморазрыхлении пахотного слоя почвы.

Уменьшение значений объёмной массы пахотного слоя почвы к 2000-2002 гг. относительно 1991-1993 гг., вероятно, связано с тем, что при закладке опыта фоном было внесено 50 т/га навоза. Это способствовало повышению содержания гумуса в почве и, как следствие, снижению плотности. Подтверждением является то, что просматривается закономерность: чем больше содержится гумуса в почве, тем ниже плотность. Например, к моменту окончания наблюдений (2021-2023 гг.) содержание гумуса в почве на всех вариантах снижается, а объёмная масса увеличивается. Из доступных исследований известно, что при увеличении количества гумуса на 0,1 % плотность почвы снижается на 0,01 %.

Заключение.

При длительном применении различных способов и систем обработки почвы, различающихся уровнем минимизации, происходит существенное изменение плотности чернозёма южного. Отвальная система обработки обеспечивает рыхлое сложение почвы. При разноглубинной безотвальной, минимальной и почвосберегающей системах объёмная масса почвы увеличивается на 0,10…0,12 г/см³ в начале исследований и на 0,08…0,09 г/см³ – в конце. Уменьшение глубины обработки почвы независимо от способа способствует образованию «плужной подошвы» в слое, лежащем ниже разрыхлённого рабочим органом орудия горизонта: при обычной вспашке и безотвальном рыхлении в слое 20-22 см, при мелкой обработке – 10-20 см. При всех способах и системах обработки почвы плотность почвы остаётся в зоне оптимальных значений, за исключением варианта с мелкой обработкой, где в слое 10-20 см она выходит за верхний придел оптимума.

Об авторах

Фарит Галиуллиевич Бакиров

Оренбургский государственный аграрный университет

Автор, ответственный за переписку.
Email: f.bakirov@mail.ru
ORCID iD: 0000-0003-1731-7875

доктор сельскохозяйственных наук, доцент, профессор кафедры земледелия, биоэкологии и агрохимии

Россия, 460014, г. Оренбург, ул. Челюскинцев, д.18

Нуржан Десенгалеевич Берлишев

Оренбургский государственный аграрный университет

Email: nurikking@list.ru
ORCID iD: 0009-0004-2770-6836

аспирант кафедры земледелия, биоэкологии и агрохимии

Россия, 460014, г. Оренбург, ул. Челюскинцев, д.18

Игорь Владимирович Васильев

Оренбургский государственный аграрный университет

Email: igor-vas2009@yandex.ru
ORCID iD: 0000-0002-8564-1995

кандидат сельскохозяйственных наук, доцент, декан факультета агротехнологий, землеустройства и пищевых производств

Россия, 460014, г. Оренбург, ул. Челюскинцев, д.18

Татьяна Николаевна Васильева

Федеральный научный центр биологических систем и агротехнологий Российской академии наук

Email: vtn1972@mail.ru
ORCID iD: 0000-0002-5469-3952

кандидат биологических наук, учёный секретарь структурного подразделения ОНИИСХ

Россия, 460000, г. Оренбург, ул. 9 Января д. 29

Список литературы

Дополнительные файлы