Почвенное плодородие и пути его стабилизации

По данным областной станции агрохимической службы «Самарская» к 2016 году в Самарской области исчезли тучные черноземы. В сравнении с 1986 годом сократились почвы с повышенным и средним содержанием гумуса и значительно возросли площади слабогумусированных почв – на 686 тыс. га (9,3%), см. рис.1.

По данным наших расчетов, для сохранения гумуса на исходном уровне в почву региона необходимо вносить ежегодно на богаре 5-7 т, орошении 8-10 т навоза на 1 га и 70-80 кг/га д.в. минеральных удобрений.

Реализация этих мер в настоящее время нереальна. Поэтому при современной ресурсном состоянии хозяйств проблему воспроизводства плодородия почв и увеличения производства зерна обеспечивает в первую очередь биологизация земледелия (сидераты, введение в севооборот многолетних трав, зернобобовых культур, использование соломы на удобрение, поукосные и послеуборочные посевы сидеральных культур).

Применение минеральных удобрений при этом будет направлено лишь на улучшение минерального питания культурных растений и повышение урожайности сельскохозяйственных культур. Их использование необходимо только в те периоды жизнедеятельности растений и развития почвенных процессов, когда естественным путем невозможно восстановить те или иные показатели плодородия почвы. Это позволит добиться запланированного прироста продукции и одновременно повысить окупаемость удобрений.

Не менее важным является и то, что при такой системе воспроизводства почвенного плодородия и использования минеральных удобрений улучшается качество продукции растениеводства, обеспечивается экологическая безопасность сельскохозяйственного производства. Для сохранения почвенного плодородия необходимо в первую очередь обеспечить сбалансированный оборот элементов питания, бездефицитный баланс гумуса в почвах.

Самарским НИИСХ в целях стабилизации содержания гумуса в почвах области предложен комплекс мер по биологизации земледелия, использованию альтернативных источников поступления органического вещества в почву.

Наибольшие объемы воспроизводства гумуса, компенсации минерализованного гумуса, обеспечивает использование измельченной соломы на удобрение и посевы многолетних трав (425 тыс. т – 40% от количества необходимого для бездефицитного баланса), см. табл. 1.

Из других источников воспроизводства гумуса в Программе задействованы сидеральные пары, использование биопрепаратов и всего накопленного от существующего поголовья скота навоза. Согласно проведенным расчетам оптимальным для Самарской области является введение сидеральных и промежуточных культур на площадь 150 тыс.га, использование 1,2 – 1,5 млн т соломы на удобрение, увеличение доли многолетних бобовых трав до 200  тыс. га.

За счет улучшения гумусового состояния почв прирост зерна составит 480 тыс. т в год. Воспроизводство гумуса этом составит 850 тыс. т в год.

Одним из самых дешевых источников поступления в почву органического вещества является солома. Содержание основных элементов питания в соломе различных зерновых культур приведены в табл. 2.

При таком содержании элементов питания растений с 4 т/га соломы, соответствующей урожаю зерна 2,0-3,0 т/га, в почву поступит в (кг/га) органического вещества – 3200, азота – 14-22, фосфора – 3-7, калия – 22-35, кальция – 9-37, магния – 2-7 и микроэлементов (г/га): серы – 5-8, бора – 24, меди – 12, марганца – 116, молибдена – 1,6, цинка – 160, кобальта – 0,4.

Для эффективного использования соломы, особенно зерновых колосовых культур, необходимо создание оптимальных условий для быстрого ее разложения. Органические соединения соломы химически стабильны и могут быть использованы растениями только после разрушения их микроорганизмами.

Важным приемом ускорения гумификации соломы является компенсирующее внесение при заделке соломы 7-10 кг азота на 1 т соломы, что предотвращает снижение урожая первой культуры, активизирует биологические процессы в почве.

При внесении соломы с дополнительным применением азотных удобрений продуктивность пашни в севооборотах возрастает на 25-28%. Внесение азотных удобрений для повышения эффективности соломы может быть заменено совместным ее использованием с бесподстилочным (жидким) навозом.

 

 

Для сохранения почвенного плодородия необходимо обеспечить сбалансированный оборот элементов питания, бездефицитный баланс гумуса в почвах

 

Такой способ удобрения является наиболее рентабельным. Солому измельчают одновременно с уборкой или сразу после уборки из обмолоченных валков. Затем вносят жидкий навоз и заделывают его вместе с соломой в почву. При этом аммиак, содержащийся в жидком навозе, восполняет потребность целлюлозоразлагающих и других микроорганизмов в дополнительном навозе, ускоряет разложение соломы в почве. Применение жидкого навоза совместно с соломой снижает потери азота из навоза с 42 до 12%.

Наиболее эффективно внесение соломы совместно жидким навозом под бобовые культуры, пропашные и в пары под озимые зерновые культуры. По данным исследований, в первый год после внесения соломы совместно с жидким навозом или компостом, за счет этих источников содержание азота в аммиачной и нитратной формах возрастает незначительно (4-6 кг на 30 т/га). В последующие годы общие прибавки урожая за ротацию севооборота составляют от 1,9 до 3,1 т/га кормовых единиц.

В засушливых районах целесообразно использование соломы не только как органического удобрения, но и в качестве поверхностной мульчи для борьбы с водной и ветровой эрозией.

Мульчирование уменьшает поверхностный сток, ослабляет испарение влаги. При безотвальнойобработке почвы, когда на поверхности поля остается измельченная солома и стерня, уменьшается угроза ветровой эрозии.

 Положительное действие соломы в качестве удобрения отмечено и при орошении. Одной из важных особенностей использования соломы, которую необходимо учитывать для орошаемых земель – возможность более интенсивного разложения после запашки, что позволяет применять ее под отдельные культуры (кукурузу и др.) без дополнительного внесения азотных удобрений.

В современных условиях большое значение приобретает использование на удобрение соломы при ресурсосберегающих технологиях с применением минимальных способов обработки почвы.

Систематическое применение соломы в этом случае выступает не только как средство питания растений, но и в качестве эффективного способа сохранения почвенного плодородия. Однако солома не решает всех проблем по сохранению и воспроизводству почвенного плодородия.

Разность между потерями и восстановлением гумуса показывает потребность хозяйств во внесении органических удобрений или привлечении других нетрадиционных источников органического веществ (табл.3).

Данные таблицы свидетельствуют о том, что из сельскохозяйственных культур гумус может восполняться за счет многолетних трав и сидеральных культур.

Многолетние травы накапливают в почве большое количество пожнивно-корневых остатков с содержанием до 160-170 кг азота на 1 га, способствуют накоплению гумуса.

В большинстве случаев они не уступают по продуктивности однолетним кормовым травам, но на 30-40 % экономят затраты на их возделывание. Кроме удобрительных свойств многолетние травы выполняют фитосанитарную роль.

Они снижают засоренность посевов и уменьшают повреждение растений болезнями. Их посевы способствуют снижению водной и ветровой эрозии почвы, а также предотвращению миграции элементов питания за пределы корнеобитаемого слоя.

Использование отавы многолетних трав на удобрение на 8-10% увеличивает содержание в почве количества водопрочных агрегатов, способствует улучшению водного режима почвы, снижает коэффициент водопотребления последующих культур на 8-15%. Рентабельность  их использования для удобрения выше, чем у подстилочного навоза.

Роль многолетних трав в пределах Среднего Поволжья возрастает на слабоструктурных солонцеватых почвах.

По мнению академика П.Н. Константинов «Подъем пласта нужно производить возможно раньше, тотчас после снятия укоса….».

Аналогичного мненияпридерживался К.Г. Шульмейстер, в своих трудах он писал: «Во всех засушливых районах ранний подъем пласта многолетних трав вслед за  первым укосом – необходимое условие для проявления его эффективного плодородия…. Пласт бобовых многолетних трав при правильной его обработке является наилучшим предшественником для яровой пшеницы и других культур в севообороте».

В центральной и степной зонах области многолетние травы наиболее целесообразно использовать в полевых севооборотах в виде выводных полей, а в лесостепной – в зерно-травяно-пропашных и плодосменных севооборотах с 2-3-летним сроком использования.

При возделывании сидеральных культур заделка их зеленой массы обеспечивает накопление в почве гумуса (при систематическом использовании – на 0,5-0,7 %), увеличивает количество водопрочных почвенных агрегатов, сокращает потребность в азотных удобрениях, повышает урожайность озимых в благоприятные по увлажнению годы на 0,7-0,8 т/га, в засушливые – на 0,12- 0,30 т/га, яровой твердой пшеницы – на 0,26 т/га. При этом также увеличивается содержание в зерне белка и клейковины.

При выборе сидеральных культур особое внимание должно быть уделено возможности получения в сравнительно короткий срок высокого урожая зеленой массы, богатой азотистыми соединениями, способной разлагаться в короткие сроки (однолетние и многолетние бобовые культуры, рапс и др.).

В качестве сидеральных культур в условиях Среднего Поволжья наиболее целесообразно использовать донник желтый, белый и однолетний, из бобовых – вику яровую из других культур – горчицу, яровой рапс, фацелию, редьку масличную, озимую рожь.

Возможно использование также смесей бобовых со злаковыми (вика – овес, горох – овес и др.). Особенно эффективны на зеленые удобрения бобовые, способные накапливать большое количество азота, что равноценно их содержанию в 15-20 т/га навоза.

В качестве подсевных сидератов рекомендуется донник желтый и белый. Лучшие покровные культуры – однолетние бобово – злаковые смеси, убираемые на зеленый корм, и сено.

В Поволжье в качестве пожнивных культур могут использоваться также рапс – яровой, горчица, редька масличная, яровая вика.

Оптимальные сроки сева рапса – в период до первой декады августа.

В Самарском НИИСХ в 1995-1997гг. изучались различные сидеральные культуры.

Максимальной продуктивностью отличались трехкомпонентная смесь подсолнечник + горох + овес. В среднем за 3 года ее урожайность составила 16,06 т/га. Относительной стабильностью по продуктивности отличались посевы фацелии и смесь вики с суданской травой (12,63 и 12,05 т/га). По сумме накопления трех основных элементов питания лучшими из сидератов были подсолнечник + горох + овес (24,57 т/га) и фацелия(25,51 т/га), что эквивалентно 21,4 и 22,2 т/га навоза.

На эродированных землях использование сидерального пара позволяет сократить потери верхнего плодородного слоя от водной эрозии в 3,5 – 6,7 раза в сравнении с чистым паром.

Использование сидеральных культур в биологизированных системах земледелия следует рассматривать как одно из средств, способных за счет создания более благоприятной биоты повысить окупаемость минеральных удобрений и соответственно уменьшить дозу их внесения при сохранении высокой продуктивности пашни.

В опытах Самарского НИИСХ окупаемость минеральных удобрений в зернопаропропашном севообороте с сидеральным паром повысилась на 35-40% по сравнению с зернопаровым.

Полевые севообороты с сидеральными парами будут особенно выгодны на землях, отдаленных от животноводческих ферм.

По данным Самарского НИИСХ, внесение соломы повысило общий сбор зерна по трем культурам севооборота на 0,86 т/га, а заделка зеленой массы сидератов (вики, донника) – на 1,08 – 1,26 т/га.

Введение промежуточных и сидеральных культур в зерновом севообороте обеспечило баланс гумуса, близкий к бездефицитному. Применение сидеральных паров под озимые культуры в степных районах Среднего Поволжья в большинстве случаев неоправдано – оно может носить только факультативный характер.

По данным Самарского НИИСХ, урожайность озимых культур в среднем за 7 лет (1992-1998 гг.) составила по чистому пару 3,03-3,14 т/га, по сидеральному – 2,44 т/га.

В ряде опытных учреждений Поволжья, где по парам высеваются яровые культуры, получены положительные результаты от летних посевов сидератов (в третьей декаде июля).

Обострившиеся в последнее время экономические и экологические проблемы требуют значительных изменений применяемых технологий в сторону их биологизации и ресурсосбережения при обеспечении рентабельности производства.

Важным фактором в реализации этой проблемы является использование биопрепаратов, позволяющих активизировать почвенные процессы, повысить интенсивность фотосинтеза, обеспечить защиту посевов от листостебельных и других болезней.

В многочисленных исследованиях установлено, что на содержание гумуса существенное влияние оказывает система основной обработки почвы в севообороте.

Установлено, что технологии прямого посева значительно снижают минерализацию гумуса по сравнению с традиционной технологией. Однако при этом надо учитывать, что технологии прямого посева существенно снижают материальные и трудовые затраты, но при этом они значительно увеличивают затраты на единицу ума.

По данным наших исследований при таких технологиях сокращаются потери содержания гумуса в пахотном слое более чем в два раза, по сравнению с традиционной технологией (табл. 4).

Наблюдения за одиннадцатилетний период за содержанием гумуса в заключительном поле зернопарового севооборота свидетельствуют о том, что технология с прямым посевом зерновых культур достоверно замедляет его минерализацию в пахотном слое. В среднем за годы исследований на этом варианте установлено наибольшее содержание гумуса – 3,93%, что на 0,59 % выше контроля (рис. 2).

Почвенное плодородие измеряется не только содержанием гумуса, но другими параметрами. По данным наших исследований технологии прямого посева обеспечивают при равной с традиционной технологией урожайностью зерновых и плотностью почвы увеличение запасов продуктивной влаги и содержание подвижных питательных веществ (табл. 5).

Необходимо отметить, что основной фактор бурного освоения новых технологий с прямым посевом в мировой практике – экономический.

Если проанализировать распространение перспективных производственных систем no-till, mini-till, strip-till, то мож- но увидеть, что наибольшее применение в мире они нашли там, где государство помогает сельхозпроизводителю минимально или совсем не выделяет денег на аграрный сектор. В частности, новые технологии максимально освоены в Австралии, Новой Зеландии, Аргентине, Чили, Парагвае, Боливии, Уругвае, Канаде, США, где в аграрном секторе правительствами покрывается от 0 до 20% затрат при возделывании сельскохозяйственных культур.

В наших исследованиях технологии прямого посева существенно снижают экономические показатели по сравнению с традиционной технологией, особенно в острозасушливые годы (табл. 6).

При применении технологий установлена существенная прибавка на средства интенсификации, по сравнению с экстенсивным фоном. На агротехнологиях нового поколения преимущество составило до 0,47 т/га (23,0%), на традиционной – 0,32 т/га (14,9%), см. табл. 7

При определении продуктивности севооборота, в среднем за годы исследований выявлена аналогичная тенденция с урожайностью зерновых культур.

Применение средств интенсификации обеспечило прибавку на современных агротехнологиях – 0,10-0,32 т/га (7,0-22,4%), на традиционной – 0,22 т/га (14,4%). При этом на интенсивном фоне не выявлено существенных изменений продуктивности в зависимости от способов основной обработки почвы и посева.

На основе многолетних исследований Самарским НИИСХ разработаны и предложены (в условиях систематического проявления засух и регионального изменения климата) меры по совершенствованию систем земледелия в Самарской области, с учетом систематического проявления засух, глобального и регионального изменения климата.

Они предусматривают:

– диверсификацию зерновых культур с увеличением посевов озимых в 1,7-1,8 раза, расширением их набора за счет введения в посевы озимого ячменя и озимой тритикале;

– повышение удельного веса засухоустойчивых фуражных культур (кукуруза, сорго и др.);

– диверсификацию масличных культур, оптимизацию посевных площадей подсолнечника, введение льна масличного, озимого рыжика, сафлора;

– реализацию возросшего агроресурсного потенциала новых сортов зерновых и кормовых культур, более эффективное размещение созданной системы сортов в пределах отдельных мегазон;

– внедрение комплексных мер воспроизводства почвенного плодородия на основе сочетания биологических и техногенных средств с малозатратными экологически безопасными системами удобрений, способными повысить окупаемость питательных веществ на 40-50%, сохранить и повысить почвенное плодородие;

– более эффективное использование разработанных институтом зональных технологических комплексов возделывания сельскохозяйственных культур с использованием элементов прецизионного растениеводства, дифференциацией применения средств интенсификации.

 

 

Освоение предлагаемых мероприятий позволит:

– увеличить производство основных видов сельскохозяйственной продукции до уровня, обеспечивающего продовольственную безопасность Самарской области по всем видам продукции полеводства;

– повысить устойчивость производства зерна и другой продукции полеводства;

– остановить процессы деградации почвенного покрова, создать предпосылки для сохранения и расширенного воспроизводства почвенного плодородия;

– обеспечить переход на разработанные институтом зональные модели технологических комплексов возделывания сельскохозяйственных культур, которые повысят эффективность производства зерна, обеспечат экономию материально-технических средств на 25- 30% и снизят расход топлива в 2-2,5 раза.