Optimization of reclaimed land fertility agrophysical indicators of the verkhnevolzhie through basic tillage in corn cultivation

Full Text

Система обработки мелиорированных земель Нечерноземной зоны зависит от способа осушения, мощности гумусового слоя, гранулометрического состава почвы, уклона поля, биологических особенностей возделываемых культур, засоренности полей и других условий. Избыточное содержание влаги, недостаток кислорода замедляют окислительновосстановительные процессы и приводят к образованию закисных форм железа, марганца, которые токсичны для растений. В результате такие почвы становятся бедны доступными элементами питания растений, что снижает их урожайность и качество продукции. [1]

Система обработки мелиорированных земель должна иметь агромелиоративную направленность, усиливать действие осушительных мелиораций и одновременно решать две главные задачи:

обеспечивать быстрый и беспрепятственный отвод избыточной воды из корнеобитаемого слоя для улучшения аэрации почвы и активизации биологических процессов (узкозагонная, гребневая, грядовая вспашка и бороздование);

перераспределять поверхностные и внутрипоч- венные стоки в подпахотные слои почвы (глубокая вспашка, ярусные обработки, безотвальное чизеле- вание, щелевание и кротование).

На осушенных закрытым дренажом глинистых почвах с плохой водопроницаемостью (коэффициент фильтрации менее 0,3 м/сут.), целесообразна система мелиоративной разноглубинной обработки почвы в севообороте, которая включает глубокую вспашку на 28.30 см плугом с вырезными отвалами или чизелевание на такую же глубину под пропашные культуры и озимые зерновые, размещенные в севообороте после однолетних трав.

Улучшая физические свойства мелиорированной почвы, регулируя их различными приемами обработки, можно существенно улучшить ее водный, воздушный, тепловой и солевой режимы, оказывая тем самым разностороннее влияние на агрохимические и биологические показатели плодородия. [3]

Цель работы — изучить влияние разноглубинной отвальной и безотвальных обработок почвы на ее агрофизические показатели при возделывании кукурузы на мелиорированных землях.

МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ

Исследования проводили в 2004—2016 годах на испытательном участке ОАО «Агрофирма Дмитрова Гора» Конаковского района, Тверской области. В качестве объекта исследований использовали гибрид кукурузы ПР-39Б 29, который по классификации ФАО относится к I группе скороспелости и в условиях Верхневолжья стабильно достигает восковой спелости зерна в початках в первой половине сентября. Мощность пахотного слоя 20.22 см; содержание гумуса 1,62.1,78%; легкогидролизуемого азота 72.78 мг; Р,О_ — 155.182 мг; KjO — 93.104 мг/ кг почвы; рН_сол - 5,8.5,9.

Метеорологические условия в годы исследований значительно отличались от среднемноголетних данных как по температурному режиму, так и по количеству выпавших осадков. Наблюдались периоды с аномальными климатическими отклонениями от нормы: 2010 год был жарким и сухим (ГТК по Се- лянинову - 0,53); 2017 - холодным и дождливым (ГТК = 3.1), что вызвало резкое снижение урожайности и ухудшение его качества.

Работа выполнена в соответствии с требованиями методики полевого опыта, а также согласно методическим указателям и рекомендациям научноисследовательских учреждений сельскохозяйственного профиля.

РЕЗУЛЬТАТЫ

Высокий уровень продуктивности мелиорированных земель можно достигнуть только на основе ресурсосберегающих, почвозащитных, экологически сбалансированных приемов основной обработки почвы. [2] С позиций экологизации современного земледелия перспектива совершенствования системы основной обработки почвы на мелиорированных землях Верхневолжья связана, в первую очередь, с адаптацией их к гидрологическим, геоморфологическим, литологическим и другим ландшафтным условиям в соответствии с агроэкологическими и биологическими требованиями возделываемых культур. При этом особую актуальность приобретает изучение влияния разных по интенсивности и характеру воздействия на почву систем обработки на основные агрофизические параметры почвенного плодородия при возделывании кукурузы - основной кормовой культуры, которая характеризуется высокой продуктивностью и разносторонним использованием. [4, 5]

Плотность почвы - важнейший показатель, определяющий воздушный, водный, тепловой и пищевой режимы. В среднем за 12 лет исследований (2004-2016) на посевах кукурузы наблюдалась тенденция к снижению плотности пахотного слоя по сравнению с посевами культур, имеющих мочковатую корневую систему, что, по нашему мнению, и обусловлено особенностями формирования и развития корневых систем, а также агротехникой возделывания. При чизелевании на посевах кукурузы в слое 0.20 см наблюдается тенденция увеличения плотности почвы, а в слое 20.40 см - ее разуплотнение (табл. 1).

Дисковая обработка на глубину 8.10 см способствует уменьшению плотности только верхнего (0.10 см) слоя, а также увеличению общей пористости, пористости аэрации и снижению твердости почвы по сравнению с другими приемами обработки. Однако в более глубоких слоях почвы (10.20, 20.30, 30.40 см) поверхностное дискование вызывает ухудшение агрофизических свойств.

Отвальная вспашка на 30 см определяет некоторое увеличение плотности почвы в слое 0.20 см, а также несущественное изменение твердости, а общей пористости и пористости аэрации незначительное повышение. Таким образом обеспечиваются благоприятные агрофизические условия для роста и развития растений с мощной стержневой корневой системой. Это обусловлено перемещением более тяжелых и плотных частиц подпахотных слоев почвы в пахотный слой, а также смешиванием более гумусированного верхнего слоя с подпахотным горизонтом.

Другими исследованиями установлено, что сложение мелиорированных дерново-подзолистых почв среднего и тяжелого гранулометрического составов отличается повышенной устойчивостью к эрозионным процессам при наличии не менее 40% водопрочных агрегатов размером более 0,25 мм в диаметре. [1] Степень проявления водной эрозии зависит от комплекса факторов: климата, растительного покрова, рельефа местности, геологии и хозяйственного использования земель. Развитие эрозионных процессов на осушенных землях определяют содержание водопрочных агрегатов и структура почвы.

Наибольшее количество водопрочных агрегатов - самой агрономически ценной фракции в верхней части пахотного слоя почвы (0.10 см), установлено в варианте с дисковой обработкой на глубину 8.10 см. В среднем за три ротации севооборота на фоне поверхностной обработки почвы количество водопрочных агрегатов размером 0,25.1 мм в слое почвы 0.10 см по сравнению с исходным состоянием увеличилось на 0,5% и составило на посевах кукурузы - 40,1% (табл. 2). Тенденция возрастания данной фракции агрегатов на фоне дискования наблюдалась и в более глубоких слоях почвы (10.40 см) во все годы исследований. Одновременно дисковая обработка обеспечила по всем слоям почвы достоверное снижение доли агрегатов размером < 0,25 мм, наиболее влияющих на развитие водной эрозии, и количества водопрочных > 1 мм. На фоне отвальной вспашки на глубину 30 см, достоверное увеличение количества водопрочных агрегатов фракции 0,25.1 мм, по отношению к вспашке на 20 см, установлено в слое почвы 20.30 см, при одновременном значительном уменьшении их содержания в 0.10 см. Следовательно, глубокая отвальная вспашка на 30 см не обеспечивает кардинальных изменений в создании оптимальных условий для формирования водопрочных агрегатов размером 0,25.1 мм.

 

Таблица 1.

Действие приемов основной обработки
на агрофизические показатели плодородия
мелиорированной дерново-подзолистой
среднесуглинистой почвы под посевами кукурузы

Основная обработка почвы	Слой почвы, см	Плотность, г/см3		Общая пористость, %		Пористость аэрации, %		Твердость, кг/см2
		2 го <=> о ГМ а7 □Z ш D" ГС □Z m о> о □Z о б	_а 2 \О <=> гы <=> о гы ГС m S о> □Z =1 о. KJ со	=г 2 го <=> <=> гы а7 □Z ш D" ГС □Z m о> о □Z =г о б	_а =г 2 \О <=> гм <=> <=> гм ГС m S о> □Z =1 о. KJ СО	=г 2 го <=> <=> гм а7 □Z ш D" ГС □Z m о> о □Z =г о б	_а =г 2 ко <=> гм <=> <=> гм ГС m S о> □Z =1 о. KJ со	=г 2 го <=> о гм а7 □Z ш D" ГС □Z m о> о □Z =г о б	_а =Е 2 КО <о гм ’4- <о <о гм ГС m S о> □Z =1 Q- KJ СО
	0.10	1,24	1,25	45,2	46,4	24,3	22,7	5,1	4,6
Вспашка	10.20	1,36	1,35	41,4	43,2	20,8	19,5	19,5	18,0
на 20 см
(контроль)	20.30	1,40	1,40	40,7	41,2	16,6	15,5	36,9	34,3
	30.40	1,43	1,44	39,0	39,4	13,5	12,6	45,3	42,9
	0.10	1,25	1,26	45,0	45,9	24,8	25,2	5,6	5,8
Вспашка	10..20	1,38	1,39	41,3	42,0	20,4	20,7	20,7	18,5
на 30 см	20.30	1,39	1,37	40,0	41,5	17,3	17,4	34,0	32,3
	30.40	1,43	1,41	38,9	39,8	13,8	13,9	42,2	39,4
	0.10	1,24	1,26	45,2	46,5	24,2	25,2	5,7	5,9
Чизелевание	10.20	1,35	1,36	41,4	42,6	20,3	21,0	21,3	18,7
на 30 см	20.30	1,37	1,35	40,0	41,5	17,3	17,4	35,1	31,4
	30.40	1,42	1,40	38,8	39,9	14,5	13,3	43,1	40,3
	0.10	1,22	1,20	45,2	46,9	24,9	25,1	4,9	4,2
Дисковая	10.20	1,36	1,37	41,4	41,1	19,4	18,3	24,7	22,8
обработка на 8    10 см	20.30	1,38	1,41	40,7	40,0	16,8	15,1	39,2	39,6
	30.40	1,42	1,47	38,8	37,9	12,9	12,2	53,0	54,6
	0.10		0,07		3,0		1,2		0,3
	10.20		0,08		2,7		1,1		1,2
НСР05
05	20.30		0,08		2,7		1,0		1,8
	30.40		0,08		2,5		0,7		2,4

 

Коэффициент структурности — совокупный критерий изменения структурного состояния в зависимости от приемов основной обработки почвы. В среднем за три ротации севооборота наибольшее увеличение данного показателя по отношению к исходному значению установлено при дисковой обработке и чи- зелевании: в слое 0...10 см — на 0,7...0,5, НСР =0,2;

• .20 см - 0,2.0,3, НСР=0,1; 20...30 см - 0,2...0,4, НСР₀₅=0,1 и 30...40 см - 0,1.0,3, НСР₀₅=0,1. На фоне глубокой отвальной вспашки на 30 см в слоях почвы

1. 10, 10.20 и 20.30 см коэффициент структурности существенно увеличился относительно первоначального значения - 0,3 и 0,2 соответственно, в слое

•  

Содержание водопрочных агрегатов при разных приемах обработки почвы, %

• .40 см данный показатель оставался на прежнем уровне. В контроле достоверное увеличение коэффициента структурности отмечено в слое 0.10 см, которое равно 0,7, НСР₀₅ = 0,2 (табл. 3).

Прием обработки почвы	Слой почвы	Исходное значение, 2003 год			В среднем за 2004-2016 годы
		агрегаты, мм			агрегаты, мм
		> 1	0,25.1	<0,25	> 1	0,25.1	< 0,25
	0.10	11,6	33,9	8,6	12,6	34,1	9,9
Вспашка на 20 см	10.20	10,2	31,1	7,9	11,0	31,3	8,6
(контроль)	20.30	9,7	28,5	6,7	9,9	28,6	6,2
	30...40	8,7	25,4	6,0	8,9	25,6	6,0
	0...10	11,5	32,4	8,4	12,3	32,6	8,6
Вспашка на	10...20	10,5	30,7	7,8	11,1	31,1	8,0
30 см	20...30	9,3	28,6	7,1	10,1	30,8	7,1
	30...40	8,6	25,1	6,7	9,0	25,4	6,7
	0...10	11,7	38,3	9,5	13,0	38,6	8,9
Чизелевание	10...20	11,0	36,9	9,2	11,3	37,2	8,6
на 30 см	20...30	10,0	29,0	8,0	10,,4	29,5	7,8
	30...40	9,0	27,4	6,6	9,1	27,7	6,6
	0...10	12,0	39,6	10,3	13,3	40,1	10,4
Дисковая обработка на	10...20	11,4	38,0	8,2	11,6	38,4	8,1
8 ...10 см	20...30	9,7	28,7	6,8	10,5	30,0	6,6
	30...40	8,9	26,2	6,1	8,0	26,5	6,1
	0...10	0,7	2,4	0,5	0,8	2,5	0,5
НСР05	10...20	0,7	2,4	0,5	0,8	2,5	0,5
05	20...30	0,6	2,0	0,4	0,7	2,0	0,5
	30...40	0,6	1,7	0,3	0,6	1,8	0,8

Таблица 2.

 

 

Таблица 3. Действие приемов основной обработки почвы на коэффициент структурности под посевами кукурузы

Прием обработки почвы	Слой почвы, см	Исходное значение, 2003 год	Ротация севооборота			В среднем за 20042016 годы
			I (2004 2008 гг.)	II (2009 2012 гг.)	III (2013 2016 гг.)
	0...10	2,3	2,9	3,0	3,1	3,0
Вспашка	10...20	2,7	2,7	2,8	2,8	2,8
на 20 см
(контроль)	20...30	2,2	2,2	2,3	2,3	2,3
	30...40	1,9	1,9	1,9	1,9	1,9
	0...10	2,6	2,8	2,9	2,9	2,9
Вспашка	10...20	2,5	2,6	2,7	2,7	2,7
на 30см	20...30	2,3	2,6	2,7	2,8	2,5
	30...40	2,0	2,0	2,0	2,1	2,0
	0...10	3,1	3,4	3,6	3,7	3,6
Чизелева-	10...20	2,8	3,0	3,1	3,2	3,1
ние
	20...30	2,2	2,5	2,6	2,7	2,6
на 30 см
	30...40	1,9	2,1	2,2	2,3	2,2
	0...10	3,0	3,5	3,7	3,8	3,7
Дисковая	10...20	2,9	3,0	3,1	3,2	3,1
обработка
	20...30	2,4	2,5	2,6	2,7	2,6
на 8...10 см
	30...40	2,1	2,2	2,2	2,2	2,2
	0 ...10		0,2	0,2	0,2	0,2
	10...20		0,1	0,1	0,2	0,1
НСР05
05	20...30		0,1	0,1	0,1	0,1
	30...40		0,1	0,2	0,1	0,1

 

Таблица 4. Запас продуктивной влаги в метровом слое почвы при разных способах основной обработки почвы в начале вегетации кукурузы, мм

Прием обработки почвы	Слой почвы, см	Ротация севооборота			В среднем
		I (2004 2008)	II (2009 2012)	III (2013 2016)
Вспашка	0...30	57,2	62,4	65,2	61,6
на 20 см
(контроль)	0...100	178,3	201,9	211,3	197,2
Вспашка на	0...30	55,8	60,8	63,6	61,1
30 см	0...100	173,9	196,9	201,6	190,8
Чизелева-	0 ...30	61,2	69,4	72,0	67,5
ние на 30 см	0...100	186,3	211,9	229,7	210,1
Дисковая	0...30	63,1	73,1	76,2	70,8
обработка
на 8 ...10 см	0...100	197,2	224,3	234,5	218,7
	0...30	3,3	3,6	3,6	3,5
НСР05
	0...100	10,1	11,5	12,8	11,5

 

Таким образом, глубокая отвальная вспашка, эффективность которой прослеживается до уровня плужной подошвы, существенно улучшает только структуру обрабатываемого слоя. Энергосберегающее безотвальное рыхление оказывает положительное влияние как на посевной (0...10 см), так и на пахотный (0...20 см) и подпахотный (20...40 см) слои почвы.

Механическая обработка почвы, изменяя ее структурное состояние, наряду с гидромелиорацией, регулирует водно-воздушный режим мелиорированных земель. Принято считать, что оптимальное содержание продуктивной влаги в пахотном слое, где в основном размещена основная масса корней, должна составлять 25...30 мм. Запасы продуктивной влаги в пахотном слое 0.20 см более 40 мм оцениваются как хорошие; 40...20 мм — удовлетворительные, менее 20 мм — неудовлетворительные.

На основании анализа данных установлено, что на посевах кукурузы в начале вегетационного периода дисковая обработка на глубину 8.10 см и глубокое чизелевание в среднем за три ротации плодосменного севооборота обеспечивают запас продуктивной влаги на уровне оптимальных значений (табл. 4), а также способствуют увеличению запаса продуктивной влаги по отношению к традиционной вспашке в слое почвы 0...30 см на 11,0.11,5 %, 0...100 см на 10,7.10,9%. Следовательно, как поверхностная, так и чизельная обработка обеспечивают заметное увеличение запаса продуктивной влаги, особенно в верхней части пахотного слоя почвы.

Глубокая отвальная вспашка мелиорированных земель на 30 см приводит к иссушению и уменьшению запасов продуктивной влаги в начале вегетации как в верхнем (—1,0%), так и в метровом (—3,2%) слоях почвы. Вместе с тем, следует отметить, что накопление запасов продуктивной влаги в метровом слое почвы в начале вегетации полевых культур при всех приемах основной обработки почвы соответствует оптимальному значению.

About the authors

V. A. Shevchenko

A.N. Kostyakov All-Russian Research Institute of Hydraulic engineering and Land Reclamation

Author for correspondence.
Email: shevchenko.v.a@yandex.ru

Grand PhD in Agricultural sciences

Russian Federation, 127550, Moskva, ul. Bol`shaya Akademicheskaya, 44, korp. 2

A. M. Solov’yev

A.N. Kostyakov All-Russian Research Institute of Hydraulic engineering and Land Reclamation

Email: shevchenko.v.a@yandex.ru

Grand PhD in Agricultural sciences

Russian Federation, 127550, Moskva, ul. Bol`shaya Akademicheskaya, 44, korp. 2

N. S. Matyuk

K.A. Timiryazev Russian State Agrarian University

Email: shevchenko.v.a@yandex.ru

Grand PhD in Agricultural sciences

Russian Federation, 127550, Moskva, ul. Timiryazevskaya, 49

References

Supplementary files