Scientific journal

Advances in current natural sciences

ISSN 1681-7494

"Перечень" ВАК

ИФ РИНЦ = 0,775

Рациональное экологически устойчивое земледелие невозможно без научного предвидения последствий деятельности человека. Мировым опытом доказано, что без надёжной оперативной информации об использовании земель в новых условиях землепользования их деградацию остановить невозможно. Для современного этапа развития сельского хозяйства характерно неурегулированное пользование основным средством производства, что ведёт к её деградации, нанося огромный ущерб продуктивному потенциалу земельного фонда и создавая социально-экономическую проблему, а в итоге угрозу национальной безопасности страны.

Одной из основных причин деградации является водная эрозия почв. В засушливые годы бывают случаи гибели сельскохозяйственных растений и снижение их урожаев на средне- и сильноэродированных землях вследствие нехватки влаги, значительного смыва и размыва почвы. Среди первоочередных мероприятий по охране земельных ресурсов, прежде всего, должна быть оптимизация соотношения и повышения эрозионно-гидрологической устойчивости элементов агроландшафта путём соблюдения экологического разнообразия, системной взаимосвязи и гармонии во всех звеньях агроценоза. Поволжье отличается разнообразием рельефа местности, почвенного покрова и влагообеспеченности. В агроландшафтах из-за крутизны склона и почвенного покрова от стока талых весенних вод и летних ливневых осадков на зяби и паровых полях возникают эрозионные процессы.

Это определяет необходимость дифференцированного применения сельскохозяйственных культур, паровых полей, ресурсо- сберегающих и почвозащитных технологий, которые влияют на продуктивность культур, экологическую и экономическую эффективность. Выявление закономерностей формирования стока, смыва и размыва почв, позволяет усилить противоэрозионную устойчивость агроценозов [1–3].

Одним из эффективных приёмов борьбы с эрозией является размещение сельскохозяйственных культур с необходимыми противоэрозионными свойствами, например кормовых трав (многолетних и однолетних), технических, зерновых сплошного посева и других, на каждом поле полосами с менее устойчивыми (паровое поле, пропашные и т.д.). Полосы с культурами и паровым полем размещают поперёк эрозионно опасных ветров, а при выраженном рельефе – поперёк склонов или по горизонталям [4, 5]. В условиях формирования и развития рыночных отношений становится необходимым научное обоснование рационального использования земельных ресурсов. Рыночная экономика способствует развитию узкой специализации сельскохозяйственного производства, в частности в растениеводстве, где создаются условия возделывания наиболее рентабельных полевых растений, более узкой их специализации и даже монокультуре, следствием чего является укрупнение полей, отказ от севооборотов, рациональных приёмов основной обработки почвы, имеющих негативную сторону в противоэрозионном отношении [6]. Особенно это просматривается в структуре посевных площадей нашего региона, где основную долю процентов площади занимают паровые поля, озимые и технические культуры, в частности озимая пшеница и подсолнечник. Ранние паровые поля и озимые создают условия, способствующие увеличению стока талой воды. Так, например, по данным А.И. Шабаева [5], сток талых вод в 2–4 раза выше с уплотнённой пашни по отношению к участкам с осенней обработкой. Исходя из этого, проблеме почвозащитного севооборота, размещения в нём сельскохозяйственных культур, в частности озимых и технических, парового поля, применения приёмов основной обработки почвы, необходимо уделять должное внимание, что позволит более эффективно использовать осадки, выпадающие неравномерно в течение года в засушливых условиях, ослабить сток, а значит, водную эрозию и смыв почвы, что является на сегодня актуальной проблемой агропромышленного комплекса.

Цель исследования: сохранение почвы и её гумусного состояния путём полосного размещения на земельном участке различных зерновых, пропашных культур, в том числе озимой пшеницы и подсолнечника, поля под паром, применения приёмов основной обработки, которые частично или полностью прекращают сток весенних талых и летних ливневых вод, а вследствие этого эрозию и деградацию чернозёма южного тяжелосуглинистого в засушливой степи Поволжья.

Задачи исследования: уточнить на основании многолетних данных систему агротехнических мероприятий, проводимых на земельном участке с различными зерновыми, пропашными культурами, паровым полем и применением приемов основной обработки, благодаря которым возможно поддерживать плодородие изучаемого нами чернозёма на уровне, близком к естественному на залежи.

Материалы и методы исследования

Опытные участки земель, на которых проводили наблюдения и исследования, расположены на водоразделе (плакорно-равнинный полевой тип агроландшафта) с продолжением по склону северной экспозиции (склоново-ложбинный почвозащитный тип агроландшафта) [5]. Поле лаборатории севооборотов и агротехнологий, на одном из участков которого профессор А.Г. Дояренко в 1938 г. заложил стационарный длительный опыт по изучению различных одиннадцатипольных севооборотов и других приёмов технологий возделывания сельскохозяйственных культур, расположено на водоразделе и занимает в настоящее время площадь размером 37,4 га. К востоку от стационарного опыта поле занято производственными посевами. С севера и с юга стационарный опыт и производственное поле окаймлено полезащитными лесными полосами, расстояние между которыми составляет 300 м. Поле лаборатории севооборотов и агротехнологий расчленено на две одинаковые половины дорогой, которая проходит с запада на восток. Южная половина опытного участка от полевой дороги находится на водоразделе, северная – на склоне северной экспозиции. Сопряжённый участок поля с нумерацией № 5, занятый производственными посевами и с освоенным севооборотом, продолжается в восточном направлении и окаймлён с севера и с юга, а также с востока полезащитной лесной полосой, представляя с экспериментальным единое целое.

На производственном поле с нумерацией № 2 за полезащитной лесной полосой, окаймляющей с севера экспериментальный участок лаборатории севооборотов и агротехнологий с продолжением склона северной экспозиции, в 1966 г. был размещён стационарный участок, где велись наблюдения и исследования лаборатории селекции и семеноводства масличных культур (подсолнечника) и лаборатории селекции и семеноводства кукурузы площадью 5 га каждый. Здесь также расположен экспериментальный участок поля, который окаймлён с северной и южной сторон полезащитной лесной полосой, расстояние между которыми составляет 300 м. Данный участок поля разделён на две одинаковые половины полевой дорогой в направлении с запада на восток. Сельскохозяйственные культуры, изучаемые селекционными лабораториями, чередовались с чистым паром, площадью в 5 га: паровое поле – кукуруза – паровое поле – подсолнечник, а с 2006 г.: паровое поле – подсолнечник на половине участка, ограниченного с севера полевой дорогой, а с юга полезащитной лесной полосой. После ухода с данного участка поля лаборатории селекции и семеноводства кукурузы за полевой дорогой до полезащитной лесной полосы с северной стороны были размещены производственные посевы экспериментального хозяйства ФГБНУ «НИИСХ Юго-Востока».

Лабораторией севооборотов и агротехнологий в 1970 г. в нижней половине за полевой дорогой к северу до самой полезащитной лесной полосы был заложен опыт по изучению приёмов основной обработки почвы в севообороте в стационарных условиях. В верхней половине к югу от полевой дороги до самой полезащитной лесной полосы были продолжены исследования по изучению различных видов севооборотов. Приёмы основной обработки почвы, начиная с 1970 г. и заканчивая 1977 г., изучали в 6-польном зернопаропропашном сево- обороте с чередованием сельскохозяйственных культур и чистого парового поля: пар чистый – озимая пшеница – яровая пшеница – кукуруза – яровая пшеница – яровая пшеница; а с 1978 по 1999 г. вследствие замены пропашной культуры кукурузы на рядовую – просо в зернопаровом: пар чистый – озимая пшеница – яровая пшеница – просо – яровая пшеница – ячмень; с 2000 по 2017 г. в связи с исключением из севооборота двух полей в 4-польном зернопаровом: пар чистый – озимая пшеница – просо – яровая пшеница. В 6-польных зернопаропропашном и зернопаровом севооборотах с целью изучения основной обработки почвы в засушливых условиях Поволжья проводились следующие их приёмы ежегодно под все сельскохозяйственные культуры: 1 – вспашка плугом марки ПН-4-35 на глубину 27–30 см; 2 – плоскорезная обработка плоскорезом-глубокорыхлителем марки КПГ-250 на глубину 27–30 см. В 4-польном зернопаровом севообороте первый вариант обработки остался без изменений, а у второго уменьшили глубину, которая составила 14–16 см.

Объект исследований. Почва, находящаяся на пологом склоне северной экспозиции на семи водосборах, где размещены два полевых опытных участка: на одном (поле № 2: лаборатория селекции и семеноводства масличных культур и лаборатория селекции и семеноводства кукурузы) с двухполосным (ширина полос 150 м) размещением паропропашного севооборота, на другом (лаборатория севооборотов и агротехнологий) с шестью полосами (ширина полос 50 м) с размещением на трёх полосах плакорно-равнинного полевого агроландшафта севооборотов, а на трёх полосах склоново-ложбинного агроландшафта систем основной обработки, участков поля с бессменным чистым чёрным паром (с 1964 г.) и многолетней залежью (с 1940 г.).

Почва – чернозём южный малогумусный среднемощный тяжелосуглинистый, сформированной на материнской породе, представленный тёмно-жёлтой делювиальной глиной. В слое почвы 0–30 см содержание гумуса составило 4,5 %. Наблюдения и исследования проводились в естественных условиях агроландшафта, сформированного в первой и второй половинах XX в. на площади 22,4 га (747 м*300 м) на двух одинаковых участках, размер каждого из которых составляет по 11,2 га (747 м*150 м), разделённых друг от друга полевой дорогой, идущей с запада на восток, и окаймлённых с севера и юга полезащитной лесной полосой. При изучении водного режима почвы на водосборах рассматриваемых участков определяли запасы продуктивной влаги в 1,5-метровом её слое в посевах полевых культур и парового поля термостатно-весовым методом с отбором послойно проб через каждые 10 см буром АМ-16. Для определения химического содержания почвенных образцов использовали общепринятые методы их исследования [7].

Результаты исследования и их обсуждение

Для условий засушливой степи Юго-Востока характерен непромывной тип водного режима, который характеризуется отсутствием сплошного весеннего промачивания почвенного профиля, ограничиваясь 0–150 см слоем и содержанием преимущественно подвешенной капиллярной влаги, не достигая полной полевой влагоёмкости [8, 9]. Результаты многолетних исследований, проведённых в стационарных условиях полевого опыта, показали, что весной после схода снега и наступления физической спелости поверхности почвы (годовой максимум) большую часть лет (более 75 %) в посевах озимой культуры накопленные запасы продуктивной влаги в 1,5-метровом почвенном слое не достигали уровня величины полной полевой влагоёмкости. Здесь необходимо сказать то, что запасы продуктивной почвенной влаги также зависят от возделываемой на данном поле сельскохозяйственной культуры.

Выявлено, например, что люцерна, подсолнечник, имея стержневую корневую систему, используют влагу из глубинных слоёв (0–300 см), иссушая тем самым рассматриваемый профиль почвы. В связи с чем в аридных условиях особое внимание было уделено одному из важных для данных условий агротехническому приёму – это оставление поля под чистым паром, благодаря которому возможно накопление и сохранение влаги, очищение полей от сорной растительности, накопление элементов питания, доступных для сельскохозяйственных культур. Наши наблюдения в длительных стационарных полевых опытах показали, что наибольшее количество продуктивной влаги остаётся после поздно убираемых культур (кукурузы, проса), наименьшее – после рано убираемых, таких, например, как горох, яровая мягкая пшеница (табл. 1). Такие культуры, как люцерна и подсолнечник, в изучаемом слое почвы практически не оставляют никаких запасов продуктивной влаги. Так, после уборки люцерны продуктивной влаги в слое почвы 0…150 см содержалось – 8,7 мм, подсолнечника – 11,6 мм.

Бобовая кормовая культура люцерна благодаря развитой и глубоко уходящей в глубину корневой системе формирует и большую надземную вегетативную массу, вследствие чего более интенсивно иссушается почва, и к началу посева яровых культур в её посевах наблюдается меньшее накопление запасов продуктивной влаги по сравнению с другими возделываемыми культурами. При подъёме пласта люцерны запасы продуктивной влаги в почве увеличиваются, что связано, по мнению А.Г. Дояренко, с хорошей водопроницаемостью поднятого пласта многолетней бобовой культуры и более полным использованием выпавших за осенне-зимне-весенний период атмосферных осадков [8]. Данная закономерность отмечена и другими исследователями, в частности А.В. Панфиловым [9]. Здесь следует отметить следующее. Хотя поглотительная способность почвы по отношению к влаге после обработки пласта многолетней бобовой культуры увеличивается, однако, запасы продуктивной влаги в 1,5-метровом почвенном слое к посеву ранней яровой культуры пшеницы, высеянной как по пласту, так и обороту пласта, меньше, чем после таких предшественников, как озимая и яровая пшеницы. Это, по-видимому, связано с использованием продуктивной влаги многолетней бобовой культурой (люцерной) с более глубоких почвенных горизонтов и оттоком её от выпавших атмосферных осадков в глубинные слои после обработки пласта и последующего его оборота.

Подсолнечник в настоящее время наиболее востребованная на рынке культура. Достаточно высокая цена реализации маслосемян является экономическим стимулом для увеличения его удельного веса в структуре посевных площадей хозяйств региона. Во многих хозяйствах подсолнечник занимает 25 % пашни и более, то есть возвращается на поле через 2–3 года.

Почва после предшественников, оставляющих большее количество неиспользованной влаги, меньше её усваивает из осадков осенне-зимнего периода (табл. 1).

Многолетние наблюдения показали, что в посевах озимой пшеницы, которая высевалась по чистому чёрному пару, за осенне-зимне-весеннее время 1,5-метровый почвенный слой на варианте с глубокой вспашкой продуктивную влагу аккумулировал в количестве 18,8 мм, с плоскорезной обработкой – 17,9 мм, что составило соответственно обработкам 14,6 и 14,8 % от атмосферных осадков, выпавших в изучаемый период (табл. 2).

Здесь необходимо отметить следующее: в 1973–1994 гг. в годы с засушливым весенне-летним периодом потери влаги на испарение паровым полем на участках с глубокой вспашкой и плоскорезной обработкой составили 151 и 159 мм, в том числе из почвы слоя 0–150 см – соответственно обработкам 23 и 31 мм; с влажным – 253 и 256 мм, из почвы – 7 и 10 мм.

В период осенней вегетации озимых до ухода их в зиму в годы с засушливой осенью выпавшие осадки и часть почвенной влаги – 12–31 мм расходовались на испарение и рост растений, при влажной осени, наоборот, часть осадков накапливалась в почве в количестве 8–38 мм. Аналогичная закономерность отмечена при подготовке почвы к посеву яровой пшеницы с испарением части осадков и потерей влаги из почвы в засушливые осени и некоторым накоплением её из осадков во влажные осени в период от проведения основной обработки почвы до ухода зяби в зиму (табл. 3). После возобновления весенней вегетации озимой пшеницы в 1974–1995 гг. запасы продуктивной влаги в слое 0–150 см на вариантах с глубокой вспашкой и плоскорезной обработкой незначительно различались в пользу первой обработки. За годы проведённых наблюдений к посеву и весеннему отрастанию озимой пшеницы запасы продуктивной влаги в 1,5-метровом почвенном слое имели тенденцию уменьшения не только на варианте плоскорезной обработки, но и мелкого лемешного лущения по отношению к варианту глубокой вспашки. Так, в среднем за 2001–2015 гг. наблюдений к посеву озимой пшеницы накопление запасов продуктивной влаги в почвенном слое 0–150 см на варианте с глубокой вспашкой составили 188,4 мм, плоскорезной обработке 184,0 мм, мелкому лемешному лущению – 178,8 мм, к весеннему отрастанию озимой культуры – соответственно обработкам 207,9; 202,7 и 197,0 мм. В проведённых исследованиях на зяби, подготовленной для посева яровой пшеницы, было установлено, что аккумуляция весенних запасов в почве продуктивной влаги из атмосферных осадков осени, зимы и весны снижается в годы с влажной осенью и повышается в годы с её засушливостью.

За последние годы анализ результатов полевого опыта по запасам продуктивной влаги в почве к посеву яровой пшеницы в зависимости от приёмов основной обработки показывает, что мелкое лемешное лущение по данному показателю не уступает вспашке. Так, например, за 2001–2015 гг. исследований после плоскорезной обработки в 1,5-метровом слое почвы запасы продуктивной влаги составили 197,8 мм, глубокой вспашки – 191,6, лемешного лущения – 195,5 мм.

Накопленная в период парования почвенная влага к периоду ухода в зиму остаётся до конца не используемой озимой пшеницей, поэтому в весенний период не вся талая вода проникает в глубину почвенного профиля. Её излишки стекают, образуя сток, а вместе с ним и смыв верхнего слоя почвы.

Баланс влаги в паровом поле и под озимой пшеницей в севооборотах с разной продолжительностью ротации не имел значимых различий. Так, после возобновления вегетации весной под озимой пшеницей в 2- и 6-польном севооборотах в слое 0–150 см содержалось одинаковое количество доступной влаги.

На опытных участках поля благодаря полосному размещению сельскохозяйственных культур в течение длительного периода (40 лет) не отмечается падения плодородия почвы от эрозии, связанной со стоком излишней воды, по отношению к селекционному паропропашному севообороту и сопряжённому производственному полю, где каждый год высевается согласно принятому севообороту одна какая-либо сельскохозяйственная культура или остаётся поле под чистым паром (табл. 5).

Основное содержание гумуса в почвах на всех угодьях сосредоточено в гумусовом слое (0–50 см). Наибольшее его содержание наблюдалось на пашне 1966 г., взятое в качестве исходного. В течение пяти десятилетий от агропроизводственного воздействия содержание гумуса на всех угодьях существенно уменьшилось, особенно резко на производственном поле и селекционном паропропашном севообороте. В переходном горизонте в слое почвы 50–100 см отмечено существенное снижение гумуса от исходного в залежи, селекционном паропропашном севообороте, плоскорезной обработке. При сравнении сельскохозяйственных угодий между собой при исключении исходного варианта пашни 1966 г., видно, что существенное снижение наблюдается на варианте с селекционным паропропашным севооборотом, а существенное повышение – на варианте с 2-польным зернопаровым севооборотом. В материнской породе в слое 100–150 см содержание гумуса по всем вариантам практически колебалось в пределах ошибки опыта. Благодаря основному содержанию гумуса в верхнем гумусовом и переходном горизонтах в почвенном профиле 0–150 см существенное его снижение от исходного отмечено на вариантах залежи, 7-польного зернопарового севооборота, плоскорезной обработки и производственного поля. Особенно резкое снижение содержания гумуса наблюдается на варианте селекционном паропропашном севообороте. При этом распределение гумуса по профилю почвы на пашне 1966 г., а также вариантах бессменного пара, 2- и 7-польного зернопарового севооборотов, вспашки и производственного поля равномернее и глубже по сравнению с залежью, селекционным паропропашным севооборотом и плоскорезной обработкой.

Из приведённых данных видно, что для предотвращения эрозионных и дефляционных процессов на отдельных участках полей и угодий (пар чистый; поля, занятые пропашными и поздними культурами, а также многолетними травами первого года пользования) необходимо полосное размещение культур и парового поля.

Выводы

Следовательно, в настоящее время наиболее востребованы адаптивно-ландшафтные системы земледелия, основанные на агролесомелиоративных комплексах в агроландшафтах, в которых учитываются своеобразие рабочих участков поля, возделываемые на них сельскохозяйственные культуры, севообороты и приёмы обработки почвы. В условиях размещения на склонах различной крутизны и экспозиции рельефа наиболее приемлемым является полосное размещение культур, севооборотов и обработки почвы. На основе полосного размещения культур и парового поля появляется возможность постоянной их дислокации в данной местности со сложившимся рельефом, крутизной и экспозицией склона, отягощённых деструктивными природными и антропогенными деградационными процессами, но компенсируемыми данным землеустройством с сохранением эффективного и потенциального плодородия почвы в течение длительного периода времени. Ввиду того, что сток талых вод протекает часто по мёрзлой почве, а сток ливневых вод по паровому полю, пропашным культурам, полосное размещение должно быть ориентировано не только на поглощение, но и на аварийный сброс воды. Поэтому на водоразделах и при уклонах выше 10 на поле наряду с полосным размещением чистого пара и культур планировать зябь с преобладанием её в нижней его части для усвоения излишков воды, стекающей с парового поля, занятого или не занятого озимыми, пропашными и другими культурами. Учитывать при этом возможность внутриполевой организации путём полосного размещения культур и парового поля, создания загонок поперёк склона, желательно по горизонталям. Чем длиннее уклон, тем меньших размеров по ширине поперёк склона должны быть рабочие участки с чередованием обязательно полос с чистым паром, занятые озимыми, пропашными, многолетними травами и с зябью. Для отвода излишней стоковой ливневой или паводковой воды планировать залужение стоковых площадок в естественных понижениях и лощинах с оставлением их без обработки.