Влияние различных агротехнологий на содержание основных элементов питания в почве под люцерной 1 года жизни на черноземе выщелоченном Западного Предкавказья

Одной из главных особенностей люцерны — циклический характер роста и развития, т. е. на протяжении всего вегетационного периода у нее непрерывно отрастают и развиваются побеги. За это время почва значительно обедняется элементами питания. Пополнение же их возможно только за счет оптимального внесения минеральных удобрений /1, 3, 6/.

Наши исследования проводились в длительном стационарном опыте в 2009;2011 гг. на опытной станции Кубанского ГАУ на черноземе выщелоченном сверхмощным легкоглинистым со средней мощностью гумусового горизонта — 147 сантиметров.

Рельеф опытного поля — равнинный. Механический состав — легкоглинистый. Почвообразующими породами послужили лессовидные тяжелые суглинки с реакцией водной среды от 6,5 до 8,2. Анализ почв опытного поля, проведенный институтом КубаньНИИгипрозем в 1991 году показал, что содержание гумуса в пахотном слое небольшое и колеблется от 2,5 до 2,9%, однако, в связи с большой мощностью гумусового горизонта, А + В (147 см) валовые запасы его составляют — 407 т/га, а в двухметровом слое — 457 т/га. Малое содержание гумуса предопределило и невысокое содержание азота. Общие запасы его в пахотном слое почвы составляли 0,16−0,18% (или около 8 т/га), а в слое 0−150 см — 35−40 т/га. Валовые запасы фосфора в пахотном слое почвы 0,16−0,18% (6,5−7,8 т/га), а калия — 1,5−2,0% (50 т/га). Общие запасы этих веществ в 1,5 м слое почвы варьируют от 35 до 40 и от 370 до 380 т/га соответственно. Обеспеченность выщелоченного чернозема подвижным фосфором и обменным калием в пахотном слое почвы колеблется от повышенной до очень высокой. Верхний слой имеет нейтральную или реже слабокислую реакцию (рН 6,8−7,0).

Центральная зона Краснодарского края, где проводились наши исследования, по температурному режиму и условиям увлажнения характеризуется умеренно-континентальным, умеренно-влажным и теплым климатом. Среднегодовая температура воздуха составляет 10,0 — 10,8⁰С, а наиболее холодного месяца января — 1,5 — 3,5⁰С. Продолжительность безморозного периода составляет 175 — 225 дней. Относительная влажность воздуха в июле-августе опускается до 60−65%, а в отдельные дни до 20−30% и ниже. Первая половина осени — сухая, вторая — влажная. Зима — умеренно-мягкая, с частыми оттепелями. Весна — ранняя, затяжная, с медленным нарастанием тепла. Лето — жаркое, часто засушливое. Преобладающими ветрами на территории являются восточные и западные. Неблагоприятное влияние на климат оказывают северо-восточные и восточные ветры, обуславливающие летом сухость и высокую температуру воздуха, а весной иссушение пахотного горизонта и пыльные бури. Количество дней со слабыми суховеями за теплый период — 47 дней, в том числе с интенсивными — 5 дней.

Исследования проводились в типичном для зоны 11-ти польном зернотравянопропашном севообороте со следующим чередованием культур: люцерна, люцерна, озимая пшеница, озимый ячмень, сахарная свекла, озимая пшеница, кукуруза на зерно, озимая пшеница, подсолнечник, озимая пшеница, яровой ячмень с подсевом люцерны.

Схема опыта представляет собой часть выборки из полной схемы многофакторного опыта (4×4×4)х 3. Стационарный многофакторный опыт представлен следующими факторами: уровень плодородия (фактор А); система удобрения (фактор В); система защиты растений (фактор С), способ основной обработки почвы (фактор Д).

Уровень плодородия (фактор А) создавался в начале закладки опыта в 1991 году (1 ротация) и в 2003 году (2 ротация) путем последовательного внесения возрастающих доз органических удобрений (полуперепревшего навоза КРС) и фосфора на основе существующих нормативных показателей по плодородию почвы, внесением при, А ₂— 400 кг/га Р ₂О ₅ и 400 т/га навоза. Планируемые показатели плодородия почвы приведены в таблице 1.

Таблица 1 — Планируемые показатели плодородия почвы.

Диапазоны доз удобрений под люцерну определены на основе балансового метода и требуемого качества продукции. Средняя доза удобрений (В₂) — N₄₀P₁₀₀K_100, минимальная доза (В₁) в два раза меньше и высокая (В₃) в два раза больше, чем средняя доза удобрений.

Система защиты растений (фактор С) имеет 4 варианта опыта: С₀ — без средств защиты растений; С₁ — биологическая защита растений от болезней и вредителей; С₂ — химическая защита растений с помощью гербицидов от сорняков; С₃ — интегрированная защита растений от сорняков, вредителей и болезней.

В связи с изучением нескольких факторов в схеме опыта принята специальная индексация вариантов, где первая цифра — уровень плодородия, вторая — система удобрения, третья — система защиты растений. Базовые технологии возделывания культуры условно обозначаются: 000-экстенсивная; 111-беспестицидная; 222-экологически допустимая; 333-интенсивная.

Общая площадь делянки: 4,2 м х 25,0 м = 105 м², учетная — 2,0 м х 17,0 м = 34 м². Повторность опыта — трехкратная.

При анализе засоренности посевов, численности вредителей и распространении болезней в качестве контроля служил вариант 000 (экстенсивная технология).

В опыте 1 — исследования проводились на фоне рекомендуемой обработки почвы. В опыте 2 — на фоне нулевой обработки почвы.

Опыт 2 — двухфакторный, заложен в 1997 году. В нем изучалось влияние тех же норм удобрения и систем защиты растений на формирование продуктивности люцерны под покровом ярового ячменя, что и в опыте 1, но при прямом посеве и естественном уровне почвенного плодородия.

В опыте возделывался сорт люцерны Фея и сорт ярового ячменя Стимул районированные во всех зонах Краснодарского края. Предшественник — озимая пшеница.

Основная обработка почвы проводилась в первой декаде октября и была следующей: рекомендуемая обработка почвы состояла из трех дисковых лущений (ДТ-75М+БДТ-3) послойно на глубину до 10−12 см и вспашки трактором Беларусь 1221 В агрегате с плугом Мульти-мастер на глубину 30−32 см.

Под основную обработку почвы вносили полное минеральное удобрение (нитроаммофоску) вручную, в нормах согласно схемы опыта с последующей заделкой их в почву дисковой бороной.

На вариантах, где предусмотрена химическая система защиты растений от сорняков (С₂ и С₃) в фазу кущения ярового ячменя вносили системный гербицид базагран в дозе 1,5 л/га с расходом рабочего раствора 200 л/га агрегатом МТЗ-80+RAU.

Посев люцерны проводился: в 2009 г. — 4 апреля; в 2010 г. — 26 марта и в 2011 г. — 31 марта сеялкой Фольконе (Италия), яровой ячмень — сеялкой Грейтпланс (США). Норму высева семян устанавливали из расчета люцерны — 20 кг/га, ярового ячменя — 1,3 млн. всх. семян/га. Способ посева обычный рядовой (сеяли перекрестно). Глубина заделки люцерны — 2−3 см и ярового ячменя — 5−6 см. После посева почва прикатывалась кольчато-шпоровыми катками. почва агрохимический азот люцерна Уборка урожая злаково-бобовой смеси (люцерна+ячмень) проводилась со всей учетной площади каждой делянки комбайном HEGE 212 (Австрия).

В результате 3-х летних исследований установлено, что содержание минерального азота (N-NO^-₃+N-NH⁺₄) в почве под люцерной 1 года жизни перед посевом в слое почвы 0−20 см в среднем по вариантам опыта при рекомендуемой обработке почвы равнялось 19,44 мг/кг. Перед уборкой величина данного показателя составляла 14,92 мг/кг, т. е. снизилась на 4,52 мг/кг или 30% (рисунок 1).

Рисунок 1 — Содержание минерального азота (N-NH₄⁺ + N-NО₃^-) в пахотном слое почвы (0−20 см) под люцерной 1-го года жизни в зависимости от приемов выращивания, мг/кг (2009;2011 гг.).

Колебания этого показателя по вариантам опыта во-многом зависело от уровня почвенного плодородия и системы удобрения. Доля влияния данных показателей на содержание минерального азота в почве перед посевом равнялась соответственно 8,8−15,0%, перед уборкой — 19,1−53,7% (таблица 2).

Таблица 2 — Множественная регрессионная зависимость содержания макроэлементов в пахотном слое почвы (0−20 см) под люцерной 1 года жизни в зависимости от приемов выращивания, 2009;2011 гг.

Наименьшее содержание минерального азота перед посевом в пахотном слое почвы (0−20 см) было на варианте экстенсивной технологии (000) и при рекомендуемой обработке почвы составляло 15,974 мг/кг. Применение минимальной, средней и высокой доз удобрений, а также среднего, повышенного и высокого уровня почвенного плодородия на вариантах 111, 222 и 333 обеспечивало увеличение данного показателя на 2,19−7,81 мг/кг (14−49%). Перед уборкой разница по данным вариантам составила 2,31−8,13 мг/кг (21−73%).

Способы основной обработки почвы также оказывали определенное влияние на величину данного показателя, с долей перед посевом (0,03%), и несколько больше (12,8%) перед уборкой. Так, наибольшее содержание азота в почве перед посевом отмечено при рекомендуемой обработке почвы и в среднем по вариантам опыта составляло 19,44 мг/кг, что на 5,8 мг/кг (43%) больше, чем при нулевой обработке почвы. Перед уборкой эта разница составила 2,43 мг/кг (19%).

При нулевой обработке почвы перед посевом содержание азота в пахотном слое почвы, по сравнению с контролем увеличивалось в зависимости от интенсификации технологии выращивания (от 011 к 033) на 0,86−7,61мг/кг (6−55%); перед уборкой — на 1,56−5,18 мг/кг (17−55%).

Рисунок 2 — Содержание минерального азота в пахотном слое почвы (0−20 см) под люцерной 1-го года жизни при нулевой обработке почвы в зависимости от приемов выращивания, мг/кг (2009;2010 гг.).

В среднем за годы исследований, содержание подвижного фосфора в почве под люцерной 1 года жизни перед посевом в среднем по вариантам опыта составляло при рекомендуемой обработке почвы 280,9 мг/кг. Перед уборкой величина данного показателя равнялась 282,5 мг/кг (рисунок 3).

Рисунок 3 — Содержание подвижного фосфора (Р 2О 5) в пахотном слое почвы (0−20 см) под люцерной 1-го года жизни в зависимости от приемов выращивания, мг/кг (2009;2011 гг.).

Интенсивность накопления фосфора в почве зависела от повышения питательного режима почвы. Наибольшее влияние на величину данного показателя оказывали уровень почвенного плодородия и система удобрения. Доля влияния данных показателей на содержание подвижного фосфора в почве перед посевом равнялась соответственно 14,5−42,7%, перед уборкой — 22,3−54,2% (таблица 2).

Наименьшее содержание подвижного фосфора перед посевом в пахотном слое почвы (0−20 см) было на варианте экстенсивной технологии (000) и при рекомендуемой обработке почвы составляло 254,2 мг/кг. Применение беспестицидной, экологически допустимой и интенсивной технологий на вариантах 111, 222 и 333 обеспечивало увеличение данного показателя на 14,6−66,0 мг/кг (6−26%). Перед уборкой разница по данным вариантам составила 24,2−68,7 мг/кг (10−28%).

Способы основной обработки почвы также оказывали определенное влияние на величину данного показателя, с долей перед посевом (26,5%), и меньшей (3,9%) перед уборкой. Так, наибольшее содержание фосфора в почве перед посевом отмечено при рекомендуемой обработке почвы и в среднем по вариантам опыта составляло 280,9 мг/кг, что на 3,0 мг/кг (1%) больше, чем при нулевой обработке почвы. Перед уборкой эта разница составила 28,5 мг/кг (11%).

Интенсификация средств химизации земледелия при нулевой обработке почвы оказывала большее влияние на величину данного показателя. Так, перед посевом содержание фосфора в пахотном слое почвы, по сравнению с контролем увеличивалось в зависимости от интенсификации технологии выращивания (от 011 к 033) на 16,3−88,8 мг/кг (7−37%); перед уборкой — на 14,7−62,7 мг/кг или 6−28% (рисунок 4).

Рисунок 4 — Содержание подвижного фосфора (Р ₂О ₅) в пахотном слое почвы (0−20 см) под люцерной 1-го года жизни при нулевой обработке почвы в зависимости от приемов выращивания, мг/кг (2009;2010 гг.).

В среднем за годы исследований, содержание обменного калия в почве под люцерной 1 года жизни перед посевом в среднем по вариантам опыта при рекомендуемой обработке почвы равнялось 208,5 мг/кг. Перед уборкой величина данного показателя была ниже на 2,0 мг/кг или 1% (рисунок 5).

Рисунок 5 — Содержание обменного калий в пахотном слое почвы (0−20 см) под люцерной 1-го года жизни в зависимости от приемов выращивания, мг/кг (2009;2011 гг.).

Наибольшее влияние на величину данного показателя оказывали уровень почвенного плодородия и система удобрения. Доля влияния данных показателей на содержание обменного калия в почве перед посевом равнялась соответственно 23,2−44,1%, перед уборкой — 16,5−39,9%.

Наименьшее содержание обменного калия перед посевом в пахотном слое почвы (0−20 см) было на варианте экстенсивной технологии (000) и составляло 181,8 мг/кг. На вариантах от 111 к 333 происходило увеличение данного показателя на 15,0−55,2 мг/кг (8−30%). Перед уборкой разница по данным вариантам составила 25,4−65,5 мг/кг (14−37%).

Способы основной обработки почвы также влияли на величину данного показателя, с долей перед посевом (16,7%), и меньшей (18,1%) перед уборкой. Так, наибольшее содержание калия в почве перед посевом отмечено при рекомендуемой обработке почвы и в среднем по вариантам опыта составляло 208,5 мг/кг, что на 9,1 мг/кг (5%) больше, чем при нулевой обработке почвы. Перед уборкой эта разница составила 44,6 мг/кг (28%).

Интенсификация средств химизации земледелия при нулевой обработке почвы оказывала большее влияние на величину данного показателя. Так, перед посевом содержание калия в пахотном слое почвы, по сравнению с контролем увеличивалось в зависимости от интенсификации технологии выращивания (от 011 к 033) на 20,0−70,0 мг/кг (12−42%); перед уборкой — на 13,7−51,2 мг/кг или 10−37% (рисунок 6).

Рисунок 6 — Содержание обменного калия (К ₂О) в пахотном слое почвы (0−20 см) под люцерной 1-го года жизни при нулевой обработке почвы в зависимости от приемов выращивания, мг/кг (2009;2010 гг.).

Таким образом, можно заключить, что выращивание люцерны 1 года жизни по различным технологиям, как при рекомендуемой обработке почвы, так и при нулевой обработке приводило к изменению содержания основных элементов питания в почве. По мере интенсификации технологий выращивания содержание макроэлементов (азота, фосфора и калия) в почве увеличивалось, достигая наибольших значений при интенсивной технологии, то есть при высоком и естественном уровне почвенного плодородия, высокой дозе удобрений и интегрированной системе защиты растений от сорняков, вредителей и болезней (333 и 033).

Многие ученые занимались изучением агрохимических свойств и питательного режима почв Северного Кавказа / 2, 3, 4, 5, 6 /. По их данным, особенно большим изменениям, подвержено содержание в почве азота.

По нашим данным, в слое почвы 0−20 см после люцерны 1 года жизни, содержание минерального азота по вариантам опыта колебалось в пределах от 11,2 до 19,3 мг/кг при среднем значении в опыте 14,9 мг/кг (таблица 3).

Таблица — Содержание минерального азота (N-NH₄⁺ + NNO₃^-) в пахотном слое почвы (0−20 см) под посевами различных культур в зависимости от приемов выращивания, мг/кг.

Перед посевом последующей культуры — озимой пшеницы, содержание минерального азота в слое почвы 0−20 см колебалось по вариантам опыта от 35,8 до 70,2 мг/кг при среднем значении в опыте — 58,1 мг/кг. То есть, азота после люцерны, к моменту посева озимой пшеницы накопилось 43,2 мг/кг или больше в 3,9 раза.

Таким образом, возделывание многолетних трав, и в частности люцерны в севооборотах позволяет не только биологизировать земледелие, улучшать структуру почв и повышать ее плодородие, но и снизить затраты на дорогостоящие азотные удобрения, производство которых наносит немалый вред природе, в отличие от азота люцерны, который не загрязняет окружающую среду и легко усваивается другими растениями.

Список использований литературы

• 1. Думачева Е. В. Роль оптимизации минерального питания в формировании кормовой ценности люцерны / Е. В. Думачева, И. К. Ткаченко // Кормопроизводство. — 2010. — № 5. — С. 23−25.
• 2. Завалин А. А. Вклад биологического азота бобовых культур в азотный баланс земледелия России / А. А. Завалин, Г. Г. Благовещенская // Агрохимия. — 2012. — № 6. — С. 32−37.
• 3. Лукьянов С. А. Применение удобрений и плодородие почв степного Зауралья Башкортостана / С. А. Лукьянов // Земледелие. — 2009. — № 7. — С. 20−21.
• 4. Спиридонов А. М. Многолетние бобовые травы как источник биологического азота в земледелии / А. М. Спиридонов // Земледелие. — 2007. — № 3. — С. 14−15.
• 5. Тарасенко Б. И. Повышение плодородия почв Кубани.- Краснодар: Кн. изд-во, 1981. 189 с.
• 6. Черкасов Г. Н. Плодородие чернозема типичного при минимализации основной обработки / Г. Н. Черкасов, Е. В. Дубовик, Д. В. Дубовик, С. И. Казанцев // Земледелие. — 2012. — № 4. — С. 23−25.
• 7. Уваров Г. И. Изменения агрохимических свойств чернозема типичного при применении удобрений в длительном полевом опыте / Г. И. Уваров, А. П. Карабутов // Агрохимия. — 2012. — № 4. — С. 14−20.