Продуктивность полевых севооборотов и баланс органического вещества в светло-каштановых почвах Северо-Западного Прикаспия

Северо-Западный Прикаспий России в пределах полупустынной степи охватывает крайние юго-восточные районы Саратовского Заволжья, южную часть Волгоградской и северную часть Астраханской областей, большую часть Калмыкии, засушливые восточные районы Ставропольского края, равнинную северную часть Дагестана и занимает территорию площадью около 8,5 млн. га.

Климат региона континентальный, острозасушливый и характеризуется ярко выраженным антициклоническим режимом погоды с годовым количеством осадков от 200−250 мм — в юго-восточных до 300−350 мм — в северо-западных районах.

Почвенный покров полупустынной зоны представлен преимущественно светло-каштановыми и бурыми солонцеватыми почвами в комплексе с солонцами.

Характерными особенностями зональных почв являются малогумусность (содержание гумуса 0,9−1,5%), солонцеватость и, как следствие этого, высокая плотность и низкая водопроницаемость.

Сложившиеся природные условия предопределили здесь развитие овцеводче-ско-скотоводческих хозяйств с развитым неорошаемым земледелием по производству продовольственного и фуражного зерна, а также грубых и сочных кормов.

Основные земледельческие районы рассматриваемой зоны сосредоточены в подзоне более плодородных светло-каштановых почв. Площадь пахотных земель составляет более 1,6 млн. га, в том числе орошаемыхоколо 400 тыс. га. Доля пашни в сельскохозяйственных угодьях Саратовской, Волгоградской областей и Ставропольского края достигает 50−55%, в Астраханской области и Калмыкии не превышает 10−15%. Продуктивность пахотных угодий невысока и на примере урожайности зерновых культур по непаровым предшественникам составляет в северо-западных районах зоны 0,6−0,8 в юго-восточных 0,3−0,4 т/га. 4.

Эколого-экономическое состояние пахотных земель региона неудовлетворительное. В своем большинстве они имеют невысокий уровень потенциального и эффективного плодородия, обесструктурены и подвержены ветровой и водной эрозии, что в итоге определяет крайне низкую эффективность использования биоклиматических ресурсов зоны в неорошаемом полеводстве.

Результатами исследований ведущих ученых (Шубин В.Ф., 1956; Шульмей-стер К.Г., 1988; Гаврилов A.M., 1989; Сухов А. Н., 1986 и др.) доказано, что в засушливых регионах, в том числе Северном Прикаспии, устойчивое и продуктивное богарное земледелие возможно только в севооборотах с чистыми парами.

Одной из главных задач зональной сельскохозяйственной науки является повышение эффективности и экологичности неорошаемого земледелия путем оптимизации структуры пашни, совершенствования полевых севооборотов и широкого использования адаптивных технологий возделывания культур в современных производственных и природно-экономических условиях рассматриваемой зоны.

В настоящее время сельскохозяйственное производство на неорошаемых землях Северного Прикаспия имеет зерновое направление и базируется на ко-роткоротационных зернопаровых и зернопаропропашных севооборотах. Однако наличие в них большой площади чистых паров и высокоурожайных озимых культур приводит к интенсивному потреблению почвенного плодородия. С другой стороны, сокращение применения органических и минеральных удобрений на фоне преобладания в севооборотах зерновых культур с небольшим количеством растительных остатков создает проблему компенсации выноса питательных веществ из почвы и вызывает истощение запасов гумуса.

Таким образом, освоение зернопаровых и зернопаропропашных севооборотов в условиях полупустынной степи, решая главную задачу неорошаемого земледелия по увеличению производства зерна, не обеспечивает при этом воспроизводства плодородия малогумусных светло-каштановых почв. 5.

Сохранение почвенного плодородия и его главного носителя — органического вещества почвы, 80 — 90% которого составляет гумус, является важнейшей задачей о земледелия. Только при наличии достаточного количества гумуса возможен переход к перспективным экологически безопасным и экономичным технологиям биологического земледелия. В то же время исследования отечественных ученых свидетельствуют о неуклонной дегумификации пашни, которая за несколько десятилетий использования утратила до 30 -50% и более гумуса (Вадюнина А.Ф., 1970; Кононов В. М., 1984; Лаврентьева В. В., 1972; Левин Ф. И., 1972; Панников В.Д.Д974- Приходько В. Е., 1992; Фисюнов A.B., 1981 и др.).

Особенно заметен этот процесс в короткоротационных зернопаровых и зер-нопаропропашных севооборотах, где сочетание поля чистого пара, в котором идет ускоренная минерализация органического вещества, с полем высокоурожайных озимых культур, в котором образовавшиеся легкодоступные минеральные соединения усиленно утилизируются и отчуждаются урожаем, истощает потенциальное и эффектное плодородие почвы (Гаврилов A.M., 1989; Гончаров Б. П., 1986; Зеленский H.A., Зеленская Г. М., 1991; Калиненко И. Г., 1990; Листопадов И. Н., 1991; Чуданов И. А., 1991 и др.). В связи с этим возникает настоятельная необходимость разработки соответствующих мероприятий, снижающих отрицательные последствия парования. Опыт мирового земледелия указывает на такие приемы, как травосеяние, сидерация, оставление и запашка соломы зерновых культур, применение органических удобрений и другие мероприятия биологизации севооборотов (Гавва И., 1987; Гаврилюк Ф. Я., 1991; Епифанов B.C. и др., 1991; Кучеров B.C. и др.1991; Калиненко И. Г. 1980;Листопадов И. Н., 1991; Чуданов И. А., 1991 и др.). В связи с дефицитом и дороговизной ГСМ применение органических удобрений в полевых севооборотах утрачивает свое приоритетное значение и выдвигает в качестве основных приемов стабилизации почвенного плодородия травосеяние, сидерацию, запаш6 ку растительных остатков озимых и других культур, не представляющих особой кормовой ценности.

Изучение данного вопроса на светло-каштановых почвах Северного Прикас-пия, отличающихся низким содержанием гумуса, не проводилось, что и определило необходимость проведения экспериментальных исследований.

Цель и задачи исследований. Основной целью исследований являлась разработка принципиальных подходов к построению биологизированных севооборотов, в которых простое или расширенное воспроизводство почвенного плодородия осуществляется за счет биологических факторов при минимальном использовании средств химизации и обеспечивается получение экологически чистой продукции, уменьшение или устранение дефицита гумусового баланса при помощи наиболее доступных и экологически безопасных приемов: запашки соломы зерновых культур, посева многолетних трав, сидерации.

Вышеназванная цель исследований предопределила необходимость решения следующих конкретных задач:

— изучение схем полевых севооборотов с различной продолжительностью ротации и набором культур, проведение их агротехнической и агроэкономиче-ской оценки;

— выявление влияния сидерации, посева многолетних трав и запашки соломы на эффективное и потенциальное плодородие почвы;

— установление культур и порядка их использования в севообороте, наиболее эффективных для восстановления и сохранения плодородия почвы.

Научная новизна. Впервые в условиях подзоны светло-каштановых почв Северо-Западного Прикаспия изучена возможность за счет комплекса мероприятий биологического плана стабилизировать или повысить содержание органического вещества в почве и устранить отрицательное влияние парования на ее потенциальное плодородие в севооборотах зерновой специализации.

Практическая значимость. Освоение рекомендуемых севооборотов позволяет без существенного изменения структуры посевных площадей и набора 7 возделываемых культур значительно улучшить эколого-экономическую эффективность неорошаемого земледелия полупустынной зоны Северо-Западного Прикаспия и обеспечить решение его главных задач: повышения плодородия зональных светло-каштановых почв и стабилизации производства продукции растениеводства в экстремальных природно-климатических условиях региона.

Основные положения, выносимые на защиту:

— сравнительная оценка влияния многолетних трав, запашки соломы и сиде-ратов на плодородие почвы и продуктивность культур в севооборотах;

— возможность устранения или снижения дефицита гумуса в почве за счет применения изучаемых факторов биологизации полевых севооборотов;

— выбор наиболее агротехнически и экономически целесообразных вариантов севооборотов с оптимальным соотношением в них продуктивности и гумусового баланса.

Результатами исследований доказано, что изучаемые факторы биологизации являются эффективным приемом повышения почвенного плодородия и урожайности полевых культур в севооборотах.

Сидерация, запашка ржаной соломы и многолетние травы в выводных полях (даже при совместном их применении) в условиях полупустыни полностью не устраняют дефицит гумуса, в изучаемых севооборотах существенно снижая его, и лишь при размещении многолетних трав на 57% севооборотной площади отмечен его положительный баланс.

Среди изученных вариантов севооборотов оптимальным по сочетанию продуктивности, гумусового баланса и экономической эффективности является четырехпольный севооборот: пар черный — озимая рожь — ячмень — многолетние травы (выводное поле), не уступающий по уровню рентабельности (42%) традиционному зернопаровому четырехполью и существенно (в 2−3 раза) снижающий по сравнению с ним дефицит гумуса в почве.

Апробация работы. Основные положения диссертационной работы неоднократно докладывались и получили положительную оценку на научнопрак8 тических конференциях: Волгоградской госсельхозакадемии (1993;1999гг.) — Прикаспийского НИИ аридного земледелия (1992 — 2000 гг.) — Пензенской госсельхозакадемии (1999 г.) — Алтайского НИИ земледелия и селекции (1999 г.). По результатам экспериментальных исследований опубликовано 15 научных статей.

Автор искренне благодарит своих научных руководителей — доктора с.-х. наук, профессора А. Н. Сухова и чл.-корр, РАСХН В. П. Зволинского, а также выражает огромную благодарность доктору с.-х. наук, профессору Н.С. Веде-няпиной за неоценимую помощь в проведении микробиологических исследований и технику отдела земледелия ПНИИАЗ Л. А. Пряничниковой, принимавшей непосредственное участие в проведении научно-исследовательской работы и обработке экспериментальных данных при подготовке диссертации. 9.

ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ.

Развитие земледелия и его систем.

Вся история развития земледелия свидетельствует о том, что основной заботой земледельца было постоянное стремление получения максимального урожая выращиваемых культур и продуктивного использования земли [13].

А.Н.Каштанов, И. С. Шатилов, К. Г. Шульмейстер и др. [85, 252] отмечают, что создание устойчивого, высокопродуктивного земледелия является одной из важнейших задач и основой успешного решения продовольственной проблемы в стране.

A.M. Гаврилов [36] указывает, что продуктивность сельскохозяйственных культур есть величина интегральная и зависит от целого ряда факторов, наибольшее значение среди которых, наряду с другими, имеет потенциальное и эффективное плодородие почвы.

По мнению Л. Л. Шишова [245] до сих пор не решена важная проблема разумного соотношения прагматической краткосрочной пользы сегодняшнего дня от эксплуатации плодородия почв с долгосрочной программой их защиты от деградации.

Все системы земледелия прошлых периодов, решая главную задачу получения наибольших урожаев, в той или иной мере пытались регулировать плодородие почвы.

Наиболее древним (примитивным) системам земледелия характерна низкая продуктивность пашни и крайне медленное восстановление плодородия почвы за счет природных факторов: золы сжигаемого леса — при подсечной и огневой и зарастания естественной растительностью — при залежной и переложной системах земледелия [159].

П.А. Костычев [105] указывал в последних сильнейшее засорение посевов сорняками, ухудшение физических и водных свойств почвы, пытаясь вскрыть.

10 принципы снижения плодородия почвы и его возможного восстановления под влиянием многолетней естественной растительности.

A.B. Советов [212] видел путь повышения продуктивности полевых культур и плодородия почвы в V более тесной связи земледелия со скотоводством, как источником удобрения, правильном чередовании полевых культур и тщательной обработке почвы. Он писал: «Когда степные хозяева начнут разнообразить свою полевую культуру, тогда они полюбят ненавистное теперь для них удобрение, должны будут вести на полях тщательную обработку «.

Переход к паровой трехпольной системе (пар-посев-посев) позволил в 3−4 раза расширить посевную площадь, значительно увеличив производство зерна, а пар давал возможность очищать почву от сорняков и повышать плодородие почвы путем внесения навоза [155, 102].

Ю. Либих [122] считал, что плодородие почвы в пару повышается путем перехода минеральных веществ из «нерастворимого в растворимое» состояние благодаря механической обработке почвы, ее выветриванию.

Однако В. Н. Нарцисов [155] указывает на сравнительно низкую урожайность зерновых (0,5 — 0,7 т/га) в России при паровой Системе в то время, объясняя это недостаточным применением навоза в качестве удобрения. Так, в имении В. П. Демидова при систематическом внесении навоза урожайность озимой ржи и овса в среднем за 55 лет составила 1,21 и 0,82 т/га соответственно, а в хозяйствах округи (без навоза) — 0,65−0,75 и 0,5−0,6 т/га [156].

В связи с этим А. Т. Болотов обращал внимание на необходимость тесной связи полеводства и скотоводства и рекомендовал 7-польные севообороты с тремя полями перелога, т. е. переход к многопольной, или, по определению А. С. Ермолова, многопольно-травяной системе земледелия [109].

Типичный севооборот этой системы был введен А. Н. Энгельгардтом [253] в своем имении: 1−6 многолетние травы, 7-лен, 8-чистый пар, 9-озимая рожь, 10- яровые зерновые, 11- чистый пар, 12 — озимая рожь.

Плодородие почвы повышалось за счет поступления в нее большой массы органического вещества с многолетними травами, улучшения ее пищевого режима и фитосанитарного состояния [159].

Пропагандистами этой системы земледелия в России выступили А. Т. Болотов [109], М. И. Афонин [10], И. М. Комов [96], М. И. Ливанов [123] и др.

В 30-е годы В. Р. Вильямсом была разработана травопольная система земледелия, фундаментом для которой послужили труды В. В. Докучаева [54,55], П. А. Костычева [105, 106] и других ученых.

Полевой севооборот включал два паровых трехполья и два-четыре поля многолетних трав, служивших надежным средством восстановления почвенного плодородия (обогащение гумусом, оструктуривание, дезинфекция, обогащение связным азотом). Одновременно травосеяние создавало кормовую базу для животноводства, увеличивая выход навоза и возможности его применения в качестве удобрения (особенно в чистом пару). Это способствовало повышению продуктивности применяемых полевых севооборотов [27].

В травопольной системе есть как плюсы — критическое отношение к минеральным удобрениям, применению тяжелой техники на поляхтак и минусыотрицание озимых хлебов, повсеместная (независимо от зоны) вспашка многолетних трав глубокой осенью, что встретило справедливую критику со стороны многих ученыхагрономов, в частности Н. М. Тулайкова [229, 230].

К числу высокоинтенсивных систем земледелия, характеризующихся большой энергоемкостью, универсальной химизацией, широким использованием мелиоративных приемов относится пропашная система [182]. Более 50% пашни при ней отводится под интенсивные пропашные культуры, требующие применения высоких норм органических и минеральных удобрений, гербицидов и других средств химизации.

В 1955;1964гг. пропашная система земледелия широко пропагандировалась в нашей стране, но из-за большого разнообразия почвенно-климатических условий, недостаточной технической оснащенности, отсутствия необходимого ко.

12 личества минеральных и органических удобрений и пестицидов не получила широкого распространения, за исключением традиционных районов выращивания хлопчатника, сахарной свеклы, овощных культур и картофеля.

Важнейшим этапом разработки и освоения системы земледелия в любой природной зоне является наиболее точное выявление причин, ограничивающих или препятствующих получению высоких и устойчивых урожаев. A.A. Измаильский [76] отмечал: «Сельское хозяйство, прежде всего, есть дело местное, улучшение в нем главнейшим образом обусловливается борьбой с местными препятствиями, оценка которых из прекрасного далека приводит лишь к одним ошибкам. Изучение их проездом — тоже дело малопродуктивное». Еще более определенно по этому поводу высказывался A.C. Ермолов, Не только в одной стране, но даже в одной местности, в одном имении одни и те же формы полеводства могут оказаться неприемлемыми" [155].

Оригинальные мысли по поводу оценки различных систем земледелия высказывал известный русский агрономэкономист конца XIXначала XX века A.C. Ермолов. Сущность их сводилась к следующему: нет ни безусловно хороших, ни безусловно плохих систем земледелия, каждая система земледелия хороша, если она соответствует времени, местным условиям и обеспечивает высокий чистый доход [109].

Дж. У. Кук [114] отмечал, Непрерывное развитие в земледелии крайне важно для прогресса, как только достйгнуто какое-нибудь продвижение, становится очевидным следующий лимитирующий фактор, и его необходимо устранить с помощью исследований. Циклы улучшений проходят сейчас очень быстро, и неспособность устранять лимитирующие факторы и двигаться вперед на каждом этапе развития может сделать ту или иную сельскохозяйственную систему невыгодной.

Процесс совершенствования существующих и разработки новых, более эффективных систем земледелия продолжается.

В настоящее время научно-исследовательскими учреждениями для различных природно-экономических зон страны предложены различные системы земледелия [71, 182, 206, 205 ] и в том числе, система земледелия качественно нового уровня — адаптивно-ландшафтная, концепция которой разработана ведущими учеными страны [84, 86, 118].

Земледелие засушливых районов.

Общая площадь сельскохозяйственных угодий в России по состоянию на 1 января 1997 года составляла 208,4 млн. га, из них под пашней — 126,0 млн. га (60,4%), под сенокосами и пастбищами — 78,7 млн. га (37,7%) [43].

Следует отметить, что основная часть сельскохозяйственных угодий и пашни (около 79%) располагается в засушливой зоне с постоянным или периодически повторяющимся дефицитом атмосферных осадков [112].

Специалисты считают, что для получения гарантированного урожая зерна в неорошаемом земледелии сумма осадков должна составлять не менее 700 мм в год. Между тем, в нашей стране в зонах с таким количеством осадков находится лишь около 1% всей площади с.-х. угодий (в США-60%), а свыше 60% посевов зерновых размещено в зонах недостаточного и неустойчивого увлажнения, из них 2/3- в засушливый или очень сухой зоне со среднегодовым количеством осадков менее 400 мм [94].

Подверженность земледельческих районов России засухам общеизвестна. Повторяемость их в нашей стране колеблется (в зависимости от почвенно-климатических условий) в черноземных степяхот 10 до 30, в сухих степяхот 60 до 70 и более лет в столетие [234].

Из входящих в засушливую зону в Центрально-Черноземном экономическом районе на долю пашни приходится 82, Уральском-65, Северо-Кавказском-64, Поволжском- 62, Западно-Сибирском-55 и Восточно-Сибирском-42% всех сельскохозяйственных угодий [168].

Высокий удельный вес пашни в структуре сельскохозяйственных угодий определяет значимость земледелия засушливой зоны. В ней размещается около.

88% всех посевов выращиваемых в России сельскохозяйственных культур, в том числе свыше 60% всех посевов зерновых в стране [94,187]. В засушливой зоне производится около 68% (в стоимостном выражении) получаемой в России растениеводческой продукции [112], в том числе 60−65% валовых сборов зерна [65, 160].

Речь идет прежде всего о неорошаемом земледелии засушливых районов в связи с тем, что доля орошаемых земель в стране сегодня составляет менее 5 млн. га, т. е. около 3,9% к общей площади пашнииз них около 800 тыс. га., а по некоторым данным [111,139] от 1/3 до 2/3 находятся в неудовлетворительном состоянии [67].

В.Д. Панников [171], К. Г. Шульмейстер [249] и другие отмечают, что к наиболее засушливым относятся земледельческие районы Юго-Востока европейской территории страны (Саратовская, Куйбышевская, Волгоградская, Оренбурская и Астраханская области, юго-восточная часть Ростовской области и центрально черноземной зоны, сухие степи Ставрополя и южных областей Украины), а также степные районы Западной Сибири, Северного Казахстана, Калмыкия.

Воспроизводство плодородия почвы в севооборотах.

Наряду с проблемой повышения продуктивности пашни, в Поволжье остро стоит вопрос сохранения и воспроизводства почвенного плодородия, управления процессами минерализации органического вещества почвы и обеспечения бездефицитного баланса гумуса.

Плодородие — существенный качественный продукт почв, важнейший компонент экологической среды, обеспечивающий растения влагой и доступным количеством питательных веществ [114, 170]. А. Д. Воронин [32] подчеркивает, что плодородие почвы — важнейшая экологическая функция, но не единственная. Не менее важно для жизнеобеспечения на нашей планете разложение органического вещества и образование специфических гуминовых веществ, их минерализация и включение в биохимические циклы.

В.В.Докучаев [54] впервые сформулировал положение о равновесном состоянии цочв, при котором мощность гумусового горизонта и содержание гумуса остается неизменным. П. А. Костычев [106] более детально рассмотрел ряд факторов и условий гумусообразования. Он подробно изучил роль температуры, влажности и климата в целом, количество и характеристику поступления опада, гранулометрический и химический состав почв в процессах разложения растительных остатков и в накоплении гумуса. И. В. Тюрин [233] обобщил обширные материалы отечественных и зарубежных исследователей гумуса.

Современные представления о потенциальном и эффективном плодородии почв и его воспроизводстве в интенсивном земледелии сформулированы в работах почвенного института им. В. В. Докучаева [221, 244]. И. С. Рабочев и др. [186] подчеркивают, что величина потенциального плодородия определяется количественными и качественными показателями вещественного состава и свойств почвы. В то же время, величина действующего плодородия зависит от уровня и качества агробиологического и технологического воздействия на почвенный процесс. Решение вопроса о расширенном воспроизводстве плодородия, как считает В. А. Ковда [93], заключается в обеспечении агроэкосистемы дополнительным резервом энергии и создании условий высокой продуктивности и нормального протекания процесса фотосинтеза.

Стремление к повышению урожайности без учета экологических последствий может вызвать неблагоприятные изменения в агроценозах, а именно уменьшение содержания гумуса и питательных веществ, ухудшение физических свойств почвы [185,186]. Заметные потери гумуса в почвах несбалансированных по органическому веществу систем земледелия происходят до известного предела и при приближении к нему темпы минерализации резко снижаются [169].

Многочисленные научные исследования и практический опыт свидетельствуют, что в условиях интенсификации земледелия экономическое плодородие черпается за счет природного гумуса, что и привело к его снижению в основных.

16 зерносеющих районах страны на 8−30% [75]. В целом по СНГ [127, 128] средние абсолютные потери гумуса составили 0,4%. По обобщенным данным Ю. Ф. Федорина [235], в степной зоне с преобладанием обыкновенных и южных черноземов — на 97% и в сухостепной зоне с каштановыми почвами — на 90% площади потери гумуса составили 20−30%. Несколько меньшие потери гумуса в сухостепной зоне, по сравнению со степной, обусловлены в первую очередь более низкими урожаями сельскохозяйственных культур, меньшим выносом элементов питания из почвы, меньшей насыщенностью севооборотов пропашными культурами.

В.И. Кирюшин [87] отмечает, что интенсивность этого процесса уменьшается со временем. Например, в южных целинных черноземах Казахстана в первые десять лет после их освоения потери гумуса составили около 1 т/га, во втором десятилетии- 0,5 и в третьем — 0,4 т/га. В последующем они остановились примерно на уровне 0,3 т/га в год. В сибирских черноземах в настоящее время потери гумуса под зерновыми культурами составляют 0,2−0,4 т/га, на паровых полях достигают 1,5−2,0 т/га в год. По данным А. А. Титляновой и др. [223], в почвах Сибири с течением времени минерализационные потери гумуса уменьшаются, а эрозионные увеличиваются.

Д.С. Орлов и др. [164] считают, что наиболее распространенные данные о потерях гумуса пахотными почвами могут быть преувеличены. При балансовых расчетах обычно рекомендуется оценивать минерализацию гумуса по выносу с урожаем азота [146, 189]. Еще И. В. Тюрин [231, 232] критиковал такой метод, предусматривающий определение скорости минерализации гумуса по выносу азота отчуждаемой с поля сельскохозяйственной продукцией и позволяющий провести оценку только за период вегетации растений и в определенном слое почвы [48, 134]. При расчетах этим методом также недооценивается значение повышения урожайности культур и, соответственно, количества растительных остатков в процессах гумусообразования [88, 167, 194].

Д.С. Орлов [165] подчеркивает, что называемые уровни потерь содержания гумуса скорее всего являются следствием не вообще хозяйственной деятельности, а теоретически плохо продуманной деятельности человека. Если опираться на опубликованные данные по потерям гумуса, то уже к 2000 г. можно ожидать, что новые потери составят 5−50% всех его запасов в зависимости от типа почв.

A.M. Лыков [133] подчеркивает, что интересы интенсивного земледелия выдвигают на первый план роль севооборота как фактора воспроизводства органического вещества почвы. В настоящее время агротехнической основой зональных полевых севооборотов являются черные пары, хотя именно здесь, в первую очередь, минерализуется и теряется гумус [137, 247]. Поэтому очень важно определить не только удельный вес пара в севообороте, подобрать культуры и сорта, наиболее полно реализующие его потенциал, но и предусмотреть максимальное возвращение органики в почву. По мнению М. К. Сулейменова [217], научные учреждения должны работать над альтернативами чистому пару.

B.А. Корчагин, О. В. Терентьев [104] указывают, что в условиях Среднего Заволжья некомпенсированные потери гумуса в зернопаропропашном севообороте с 22% чистого пара составляют 53%, с 11% чистого и 11% сидерального-21%, в зернопаротравянопропашном-30%. Вместе с тем, зернопаропропаш-ные севообороты при внесении соответствующих компенсационных доз навоза, использовании сидератов и соломы на удобрение не противоречат требованиям экологически безопасного земледелия.

В целях сохранения и повышения содержания гумуса в почве целесообразно внедрение севооборотов с бобовыми травами, внесение оптимальных доз минеральных и органических удобрений, запашка измельченной соломы и сидератов и другие мероприятия [97, 114, 115, 185, 186, 194].

Солома и растительные остатки. Внесение соломы на поля является широкодоступным агротехническим приемом, выполняемым комбайном одновременно.

18 с уборкой зерновых культур и не требующим дополнительных производительных затрат на ее сбор и транспортировку.

A.B. Шенявский [242], E.H. Мишустин, И. С. Востров [148], Г. Кольбе и Г. Штумпе [95], O.E. Авров и З. М. Мороз [1], А. Г. Стейнифорт [216], Hallam M.J. 255] подчеркивают, что органическое вещество соломы оказывает многостороннее положительное влияние на физические, химические и биологические показатели плодородия почвы. Растительные остатки оцениваются как источник азота и зольных элементов питания растений, энергетический материал для микроорганизмов, исходный материал для образования гумуса.

До сих пор вызывает дискуссию способ заделки соломы. Обобщая опыт западных стран, Г. Кольбе и Г. Штумпе [95] указывают на возможность использования соломы как удобрения двумя способами: соломенное покрытие и заделка в почву.

Солома, внесенная в качестве мульчирующего материала, оказывает влияние не только на водный и температурный режимы, но и на биологическую жизнь почвы и ей повсеместно придается огромное значение как органическому удобрению [50, 64, 83, 91, 247]. При этом А. В. Шенявский [242], Е. Н. Мишустин, И. С. Востров [148] подчеркивают целесообразность оставления соломы в верхней части пахотного слоя, где она быстрее разлагается без значительного накопления вредных для растений токсичных веществ и не оказывает отрицательного влияния на их урожайность. При разложении одинакового количества растительного материала в верхней части пахотного слоя образуется значительно больше гуминовых кислот, чем в нижележащих слоях почвы. Увеличение содержания гумуса от внесения соломы отмечает П. М. Смирнов [210]. В исследованиях O.E. Аврова, З. П. Мороз [1] при внесении соломы содержание гумуса за два года увеличивалось на темно-каштановой и черноземной почве на 0,09%.

Н.Ф. Ромашкевич [199], В. А. Ковда [92] полагают, что при внесении соломы содержание гумуса поддерживается на определенном уровне, характерном для данного типа почвы.

В.Н. Кудеяров [113] считает, что регулирование азотно-углеродного баланса в почве возможно с помощью приемов, направленных на пополнение запасов доступного для микроорганизмов углерода за счет внесения соломы и других материалов растительного происхождения в почву. По мнению А. Д. Хлыстовского [237], в агроценозах даже при применении удобрений практически всегда отмечается отрицательный или близкий к нулевому баланс углерода.

По данным И. Н. Шаркова и С. Л. Иодко [240], агротехнические и другие приёмы интенсификации, направленные на повышение продуктивности зерновых культур, не могут существенно увеличивать содержание углерода в почве за счет увеличения количества растительных остатков, поскольку оно ограничивается обычно 2,0−3,0 т/га.

Н.Ф. Ганжара [38] отмечает, что в природе в свободном состоянии гумус в значительном количестве вообще не накапливается в связи с низкой устойчивостью к разложению и растворению. Условия закрепления образующегося гумуса оказывают решающее влияние на его накопление и состав. Установлено [98, 166, 197], что к югу от черноземов интенсивность минерализации нарастает и реакция синтеза гуминовых кислот проявляется очень слабо, но активно происходит их распад. Разложение источников образования гумуса в почвах аридных районов происходит при низкой влажности, которая является фактором, ограничивающим реакции взаимодействия образующихся гумусовых веществ с минеральной частью почвы. Условия закрепления гумуса ухудшаются за счет снижения влажности и усиления биологической активности почвы. По мнению И. Дебрук и др. [46], накопление гумуса за счет соломистых и сидеральных удобрений невозможно.

A.B. Шенявский [242] подчеркивает целесообразность заблаговременного внесения соломы с нормой не более 5,0−7,5 т/га при обязательном соблюдении.

20 севооборота. Он считает, что опасность возникновения тормозящих рост растений веществ уменьшается с увеличением срока между внесением соломы и посевом последующей культуры, а также отмечает, что удобрение соломой в сочетании с возделыванием бобовых культур представляет большой и недостаточно используемый резерв для роста урожайности и повышения плодородия почвы.

По данным П. Д. Попова [175], при полном использовании излишков соломы на удобрение ее доля будет составлять 25% потребности в органических удобрениях. Например, в Приуралье [34] объем соломы, используемой в качестве органического удобрения, планируется довести до 350 тыс. т., что эквивалентно 1,1−1,4 млн. т. навоза.

Сидераты. Решение проблемы плодородия почв Поволжья невозможно без сидератов, которые М. Н. Новиков [161] считает наиболее дешевым, экологически выгодными и перспективным видом органических удобрений. Они оказывают положительное влияние на физико-химические, водные свойства почвы, мобилизацию почвенного плодородия, активизацию труднодоступных элементов питания, защищают почву от эрозии и засоления, эффективны в борьбе с сорняками. Многими авторами [18, 53, 135] отмечается возрастание роли зеленого удобрения как всестороннего мнофакторного агротехнического приема интенсивного земледелия, положительно влияющего на почву, растения и окружающую среду. По оценке П. Д. Попова [175], за счет сидератов может обеспечиваться до 7% потребности почв в органических удобрениях.

Ю.М. Возняковская и др. [28] подчеркивают значение сидератов, как стимуляторов протекающих в почве микробиологических процессов и регуляторов экологической обстановки. Их эффективность повышается при совместном внесении с минеральными удобрениями. А. М. Лыков [135] отмечает, что благодаря резкому повышению биологической активности почвы в приземный слой атмосферы выделяется большое количество углекислого газа, потребляемого в про.

21 цессе фотосинтеза растений. Установлено [138], что за счет этого урожай повышается на 20−30, даже до 40−50%.

Проведенные исследования [130, 239] показывают, что совместное применение зеленого удобрения и соломы дает лучшие результаты, чем запашка только сидератов, даже на фоне полного минерального удобрения. По данным М. Н. Новикова [161], эффективность еще выше, если сидераты сочетаются с навозом и соломой.

В засушливых условиях, где не удаются другие бобовые культуры, возделываемые на зеленое удобрение, по мнению К. Г. Шульмейстера [250, 248] первое место принадлежит двулетнему желтому доннику. Особое его значение как си-дерата отмечено в степных районах Поволжья, Западной Сибири, Алтайского края, Казахстана [44, 154, 239, 246, 254]. Донник обладает высокой засухоустойчивостью, нетребователен к плодородию почв, хорошо переносит засоленность и солонцеватость. Его использование на зеленое удобрение повышает плодородие почвы и урожайность культур. Запасы питательных веществ в зеленом удобрении накапливаются за счет атмосферного азота и через корневую систему.

Т.М. Мусалимов [138] обращает внимание на способность донника благодаря выделениям корневой системы растворять и усваивать из нижних слоев почвы труднорастворимые, а также вымытые из верхних слоев питательные вещества и перекачивать их в пахотный слой. За вегетацию выделения составляют до 5476% от массы корней. После разложения корней эти вещества становятся доступными для последующих культур в севообороте. Донник своими глубоко проникающими корнями обогащает органикой пахотный и подпахотные слои почвы.

При благоприятных условиях донник оставляет в почве азота в количестве, эквивалентом 20−40 т/га навоза при меньших в 2−3 раза затратах [34]. При этом использование растениями азота зеленого удобрения в первый год в два раза выше, чем из навоза [63, 79, 246, 248]. В засушливой лесостепи Ульяновской.

22 области [239], донник накапливал 5,0−6,0 т/га сухой биомассы, что по удобрительному действию соответствует 20−25 т/га навоза, в результате чего в почве образовалось более 2 т активного гумуса. С. С. Сдобников [203], И. А. Чуданов [238] также считают, что по своему действию сидеральные удобрения равноценны обычным дозам навоза и пополнение запасов органического вещества в почве происходит при минимальных затратах труда и средств.

В условиях недостаточного и неустойчивого увлажнения ЦЧЗ [69] замена чистого пара на сидеральный обеспечивала поступление в почву органического вещества, эквивалентное 30−50 т/га подстилочного навоза.

А.Н. Юмагулова [254], указывая на положительные стороны сидерации: быстрое разложение в почве, повышение емкости поглощения, влагоемкости, улучшение структуры, отмечает и недостатки — в сухой степи Приуралья они дают невысокую урожайность. Вместе с тем, A.M. Лыков [135] считает, что благодаря большой массе корней удобрительная ценность донника даже при сравнительно невысоком урожае надземной массы весьма значительна. Так, по данным ВНИИ органических удобрений и торфа [227], желтый донник — наиболее продуктивная культура по накоплению биомассы, доля корневых остатков в которой составляла 34%, тогда как по другим 11 сидеральным культурам показатель находился в пределах 5−28%.

Учитывая значение зеленого удобрения в регионе, И. А. Чуданов, А.Н. Кали-муллин [238] рекомендуют в Среднем Поволжье размещать яровую твердую пшеницу в севооборотах наряду с традиционными предшественниками также по сидеральным и занятым парам, где лучше складываются условия для воспроизводства почвенного плодородия. Так, в чистом пару содержание перегноя в слое почвы 0−30 см за период исследований (1989;1993 гг.) уменьшилось на 0,03% - в пару, где вносили 30 т/ га навоза — увеличилось на 0,14%, а в занятом и сидеральных парах — на 0,17 — 0,30%. Наряду с ростом урожайности культур по сидеральному и занятому пару по сравнению с чистым, отмечалось и улучшение качества зерна.

На Краснокутской селекционной станции в Саратовском Заволжье [236], в среднем за 3 года урожайность яровой пшеницы по черному пару составила 1,51, по доннику — 1,48 т/га. Аналогичные результаты получены в степной зоне Сибири [90], южных черноземах Оренбургской области [101], в Башкирии [138], в зоне неустойчивого увлажнения Северного Кавказа [62].

В степной зоне Алтайского края [154] урожайность яровой пшеницы по сиде-ральному пару с запашкой донника в среднем за 6 лет составила 1,19, а по чистому — 1,06 т/га. Последействие запаханного донника повысило сбор зерна в сравнении с неудобренным паром на 0,49, в сравнении с удобренным (навозом) — на 0,23 т/га [246].

В степной зоне Оренбуржья [161] донник желтый в качестве сидерата при урожае зеленой массы 11,3 т/га сильно иссушал почву, что сказывалось на влажности почвы перед посевом твердой пшеницы, в результате чего продуктивность пашни в севообороте снижалась.

В качестве предшественника зерновых культур двулетний донник изучался в Приуралье. П. М. Игнатов [74] приводит данные, Уральской опытной станции о том, что урожайность яровой пшеницы после донника в 1933 году составила 1,49 т/га, сои -1,39, кукурузы -1,37, проса — 1,34, сорго — 1,27 т/га. В исследованиях, проведенных в 1971;1973 гг., урожайность зерна яровой пшеницы по черному пару составила 0,95 т/га, а при возделывании после донника — 0,99 т/га.

В более поздних исследованиях Уральской опытной станции [44, 254] донник изучался в качестве предшественника не только под яровую пшеницу, но и под озимые культуры. Донник, как парозанимающая культура, глубоко иссушал почву, что не позволяло получать полные всходы озимых. В среднем за 19 831 986 гг. их урожайность по сидеральному пару составила 0,54−0,63 т/га, в то время как по черному пару было получено 1,23−1,7 т/га. Яровая пшеница также снижала урожайность по сравнению с контролем на 0,2 т/га. Запашкой сидерата в опыте удавалось уравновесить дефицит гумуса в севообороте только частично.

Результаты исследований указывают на необходимость поиска других путей использования донника на сидерацию в полевых севооборотах. В опытах Ниж-не-Волжского НИИСХ [250, 248] донник изучался в качестве предшественника яровой пшеницы и озимых, в последнем случае его распахивали под черный пар. Такое размещение донника вызвано необходимостью создания благоприятного увлажнения почвы для разложения его вегетативной массы. В среднем за 4 года прибавка урожая озимой ржи по черному пару с запашкой донника составила 0,49 т/га или 12,4% относительно контроля. Использование донника в сухой степи ставит вопрос о преобразовании зонально рекомендованных севооборотов путем добавления в них поля сидератов.

Изучение эффективности использования приемов биологизации полевых севооборотов полупустынной зоны светло-каштановых почв Прикаспия послужило целью наших экспериментальных исследований.

2. КРАТКАЯ ПОЧВЕННО-КЛИМАТИЧЕСКАЯ И СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАЙОНА.

ИССЛЕДОВАНИЙ.

Полупустынная зона Северного Прикаспия, где сосредоточены самые южные земледельческие районы Европейской части России, охватывает степи юго-восточного Заволжья Саратовской и юга Волгоградской областей, большую часть Калмыкии и северные районы Астраханской области [66].

Согласно почвенно-географическому районированию, территория Астраханской области относиться к Волго-Сарпинскому району Прикаспийской провинции и расположена в пустынно-степной зоне светло-каштановых и бурых почв [176, 157].

Прикаспийский научно-исследовательский институт аридного земледелия (ПНИИАЗ), на базе которого проводились экспериментальные исследования, расположен в северной части Астраханской области в 16 км южнее районного центра Черный Яр. Территория землепользования института входит в подзону светло-каштановых почв, которая в пределах области занимает 509,3 тыс. га и охватывает правои левобережную приволжскую степную часть [2].

ВЫВОДЫ.

1. Для зональных старопахотных светло-каштановых почв характерны высокая плотность, низкая скважность и слабая оструктуренность, сезонная динамика плотности и скважности. Под воздействием многолетних трав, запашки соломы озимой ржи, донника и горчицы на сидерат происходило улучшение агрофизических свойств почвы: снижение плотности почвы и увеличение ее скважности. Наиболее близкие к оптимальным значения этих показателей отмечены по пласту многолетних трав, так же, как и количества водопрочных агрегатов и коэффициента структурности.

2. Запашка сидеральных предшественников и соломы озимой ржи способствовала увеличению весенних запасов влаги в почве и водопотребления сорго, снижая при этом его коэффициент за счет увеличения урожайности. У проса по пласту многолетних трав коэффициент водопотребления даже в острозасушливые годы был существенно ниже, чем по озимой ржи.

3. К посеву озимых в пару после сидерального донника накапливалось значительно большее количество элементов минерального питания, чем в пару после ячменя. Запашка соломы озимой ржи и сидеральной массы горчицы и донника способствовала увеличению содержания нитратов, аммиачного азота и подвижного фосфора в почве как перед посевом, так и перед уборкой сорго. Содержание элементов минерального питания в почве под просом после многолетних трав было выше, чем по озимой ржи с запашкой соломы.

4. Запашка соломы озимой ржи увеличивала количество сорняков в посевах сорго в сравнении с вариантом без ее применения и сидеральными предшественниками. Наибольший сороочищающий эффект наблюдался в посевах проса по пласту многолетних трав.

5. После многолетних трав и запашки сидеральной массы горчицы и донника отмечено повышение биологической активности почвы и снижение ее ток.

157 сичности. Запашка соломы озимой ржи, напротив, в начальный период снижала активность и увеличивала токсичность почвы.

6. Различная продолжительность ротации в двух-четырехпольных севооборотах не оказала существенного, влияния на урожайность озимой ржи по пару. Запашка сидеральной массы донника под пар обеспечивала достоверное повышение урожайности озимой ржи в сравнении с использованием донника на корм. Урожайность озимой ржи по пару после многолетних трав была выше, чем по пару после ячменя. Запашка ржаной соломы, многолетние травы и сиде-ральные предшественники обеспечивали достоверное повышение урожайности последующих культур — сорго и проса. Донник в благоприятные по условиям увлажнения годы формировал более высокие урожаи сидеральной массы в сравнении с однолетними сидератами, а в острозасушливые годы происходило либо значительное снижение его урожайности, либо гибель от засухи.

7. Поступление в почву органической массы однолетних сидератов в отличие от донника было более стабильным и большим у горохо-овсяной смеси, чем у горчицы. Более интенсивное увеличение пожнивно-корневой массы многолетних трав отмечено на третьем и четвертом году их жизни.

8. Наиболее отрицательный баланс гумуса отмечен в контрольном севообороте Ко без запашки соломы озимой ржи и минеральных удобрений, внесение которых способствовало снижению дефицита гумуса, как в свою очередь, и запашка ржаной соломы. Использование донника на сидерат практически полностью устраняло дефицит гумуса в севообороте. Однолетние сидераты в меньшей степени, чем донник, снижали дефицит гумуса в севооборотах.

9. Среди севооборотов с выводными полями многолетних трав наименьший дефицит гумуса отмечен в трехполье с озимой рожью по пару, наибольший — в трехполье с размещением по пару ячменя. Среди изучаемых факторов биологизации только введение в состав семипольного севооборота четырех полей многолетних трав позволило обеспечить в нем положительный баланс гумуса, сохраняющий положительные значения даже без оставления соломы ози.

158 мой ржи. Лабораторный анализ подтвердил снижение содержания гумуса в почве в контрольных севооборотах без применения запашки ржаной соломы и его повышение в севооборотах с многолетними травами.

10.Внесение минеральных удобрений и запашка ржаной соломы (особенно при совместном применении) повышали, а введение в севообороты однолетних сидератов и донника снижало их продуктивность, причем при использовании донника на корм — в меньшей степени. Самая низкая продуктивность отмечена в семипольном севообороте с четырьмя полями многолетних трав.

11 .Наиболее высокий чистый доход получен в четырехпольном севообороте: пар — озимая рожь — сорго — ячмень, но в то же время он является наиболее затратным. Наименее затратным является четырехполье: пар — озимая рожьячмень — выводное поле многолетних трав. Оба эти севооборота обеспечили одинаковую рентабельность на уровне 42%. Использование двулетнего донника в неорошаемых полевых севооборотах полупустынной зоны светло-каштановых почв в связи с его нестабильной низкой продуктивностью в засушливые годы экономически невыгодной.

Таким образом, результатами исследований доказано, что изучаемые факторы биологизации севооборотов являются эффективным приемом повышения почвенного плодородия и урожайности полевых культур.

Сидерация, запашка ржаной соломы и многолетние травы в выводных полях (даже при совместном их применении) в местных экстремальных почвенно-климатических условиях не устраняют дефицит гумуса в изучаемых севооборотах существенно снижая его, и лишь при размещении многолетних трав на 57% севооборотной площади отмечен его положительный баланс.

Среди изученных вариантов севооборотов оптимальным по сочетанию продуктивности, гумусового баланса и экономической эффективности является четырехпольный севооборот: пар черный — озимая рожь — ячмень — многолетние травы (выводное поле), не уступающий по уровню рентабельности (42%) тра.

159 диционному зернопаровому четырехполью и существенно (в 2−3 раза) снижающий по сравнению с ним дефицит гумуса в почве.

РЕКОМЕНДАЦИИ ПРОИЗВОДСТВУ.

1. Для неорошаемого земледелия на светло-каштановых почвах полупустынной зоны Прикаспия в хозяйствах зерновой и животноводческой специализации использовать низкозатратный четырехпольный зернопаровой севооборот с озимой рожью по чистому пару, ячменем и посевом многолетних трав в выводном поле, обеспечивающей продуктивность пашни на уровне 1,09−1,1 т.к. ед./га при 40−42% рентабельности и снижающий в 2−3 раза потери гумуса в сравнении традиционным зернопаровым четырехпольем.

2. На светло-каштановых почвах с относительно высоким содержанием гумуса при наличии в хозяйстве достаточного количества материальных ресурсов и денежных средств применять четырехпольные зернопаропропашные севообороты с озимой рожью, ячменем и сорго, обеспечивающие продуктивность 1,201,23 т.к. ед. с 1 га пашни при уровне рентабельности 40−42%.

3. С целью стабилизации уровня почвенного плодородия и повышения урожайности полевых культур при полной обеспеченности хозяйств грубыми кормами запахивать солому зерновых культур.