Публикация научных статей.
Вход на сайт
E-mail:
Пароль:
Запомнить
Регистрация/
Забыли пароль?
Международный научно-исследовательский журнал публикации ВАК
Научные направления
Поделиться:
Разделы: Сельское хозяйство
Размещена 07.04.2015.

Воспроизводство плодородия почвы при различных системах земледелия

Павлов Александр Сергеевич

Кандидат сельськохозяйственных наук

НУБиП Украины

Ассистент кафедры земледелия и гербологии

Танчик Семён Петрович, доктор сельскохозяйственных наук, заведующий кафедры земледелия и гербологии профессор


Аннотация:
Исследованиями в стационарном полевом опыте установлено преимущество экологической системы земледелия в стабилизации содержания гумуса в почве, повышения ее микробиологической активности и получения урожайности сельскохозяйственных культур на уровне или значительно выше контроля.


Abstract:
Researches in the stationary field experience are set advantage of the ecological system of agriculture in stabilizing of maintenance of humus in soil, increases of its microbiological activity and receipt of the productivity of agricultural cultures at level or considerably higher than control.


Ключевые слова:
Система земледелия; плодородие; микробиологическая активность; пшеница; кукуруза; урожайность.

Keywords:
System of agriculture; fertility; microbiological activity; wheat; corn; productivity.


УДК 631.45:631.147

Введение. Наиболее распространёнными последствиями нерационального ведения сельского хозяйства являются: деградация и истощение земельных ресурсов; уменьшение генетического разнообразия; вырубка лесов; загрязнение ландшафтов; распространение сорняков, болезней и вредителей; ухудшение качества воды и воздуха; сокращение невосстанавливаемых источников энергии и изменение климата [3].

Глобальная промышленная система земледелия предоставляет большое количество недорогой еды наряду со значительными экологическими и социальными последствиями. Конкурирующие альтернативные (биологические) системы обеспечивают более высокое качество, безопасность и более дорогие продукты, стремясь свести к минимуму экологические и социальные последствия. Но функционирование последних ограничено реальными ресурсами органических удобрений и биологических средств защиты растений от вредоносных организмов [5, 6].

Реальным современным решением вышеприведённых проблем, в ближайшем будущем, станет модель с приоритетным использованием органических ресурсов и компенсацией их дефицита промышленными средствами для обеспечения биоклиматической и экономически обоснованной урожайности сельскохозяйственных культур [1, 3].

Целью исследования предусматривалось изучить влияние систем земледелия на состояние запасов гумуса в чернозёме типичном и структуру его микробного ценоза. Исследования проводились в звене севооборота: кукуруза на силос – пшеница озимая – кукуруза на зерно.

Объект исследования - изменения биологических показателей плодородия почвы, и урожайности с.-х. культур под влиянием исследуемых систем промышленного, экологического и биологического земледелия.

Предмет исследования - агрофитоценозы кукурузы на силос, пшеницы озимой, кукурузы на зерно в системах земледелия, почва в агрофитоценозах вышеуказанных культур, ресурсное обеспечение систем земледелия.

Методы исследований. Общенаучные: анализ, синтез – для сравнения систем земледелия; специальные: полевой – для определения эффективности систем земледелия, лабораторный – для определения показателей плодородия почвы; статистические: дисперсионный, корреляционный, регрессионный – для определения точности и достоверности экспериментальной информации.

Материалы и методика исследования. Исследования проводились в многолетнем стационарном двухфакторном опыте, заложенном в 2002 году на протяжении 2012–2014 гг. в Агрономической опытной станции университета (с. Пшеничное Васильковского р-на Киевской области). Почва опытного участка – чернозем типичный среднесуглинистый.
Схема чередования культур в полевом зернопропашном севообороте соответствует зональным требованиям зоны Лесостепи: клевер – пшеница озимая – свекла сахарная – кукуруза на силос – пшеница озимая – кукуруза на зерно – горох – пшеница озимая – свекла сахарная – ячмень с подсевом клевера.

Градациями первого фактора (А) били системы земледелия, отличающиеся ресурсным наполнением для воспроизводства плодородия почвы:
  • промышленная (контроль) – внесение на гектар севооборота 12 т органических и 300 кг действующих веществ минеральных удобрений (N92P100K108). Эти нормы удобрений на черноземе типичном среднесуглинистом обоснованы гектарным выносом программированным урожаем культур севооборота 408 кг/га (N181P59K168) элементов минерального питания и воспроизводством стабильного положительного баланса гумуса. Индекс экологизации этой системы земледелия составляет 25 (300/12), что свидетельствует о промышленном ее характере;
  • экологическая – приоритетное использование органических удобрений для воспроизводства плодородия почвы с внесением на гектар площади севооборота 24 т органики (12 т навоза, 6 т нетоварной части урожая, 6 т массы пожнивных сидератов) и 150 кг/га (N47P78K25) минеральных удобрений, использование химических средств защиты за критерием эколого-экономического порога присутствия вредоносных организмов. Индекс экологизации составляет 6,2;
  • биологическая – отличается полным исключением минеральных удобрений и пестицидов из ее ресурсного обеспечения. Ресурс доступных питательных веществ в этом варианте, включая 24 т/га органики, составляет 355 кг/га NPK, то есть 0,87 (355/408) потребности, обеспечивая продуктивность пашни 7,8 т/га (0,87*9т/га), на 13 % меньше биоклиматического потенциала.
Градации второго фактора (В) – системы основной обработки почвы:
  • дифференцированная (контроль) с проведением за ротацию шести вспашек, одного плоскорезного рыхления под ячмень, и двух поверхностных обработок дисковой бороной под пшеницу озимую после гороха и кукурузы на силос;
  • плоскорезная – выполнение основной обработки плоскорезом за исключением полей пшеницы озимой, указанных в контроле;
  • отвально-безотвальная – ярусная вспашка под свеклу сахарную с интервалом 4–5 лет и плоскорезная или поверхностная обработка под остальные культуры;
  • поверхностная – дискование на 8–10 см под все культуры севооборота.

Результаты исследования. Существует много показателей, определяющих способность почвы обеспечивать растения факторами жизни и коррелирующих с урожайностью. Главными критериями оценки уровня продуктивности почвы является запасы гумуса в ней. Это объясняется тем, что органическое вещество в значительной степени влияет на биологические, химические и физические свойства почв, и в итоге, является интегральным показателем их плодородия [1].

Установлено, что даже при полном обеспечении растений минеральным азотом, урожай сельскохозяйственных культур на 40–50 % зависит од почвенного азота. Поэтому из-за невозвращения в почву органического вещества, даже при интенсивном внесении минеральных удобрений, баланс азота и гумуса в почве обязательно будет отрицательным [3].

Содержание гумуса в почве довольно динамический показатель на протяжении года. Сезонная динамика содержания гумуса в черноземе типичном в зависимости от систем земледелия свидетельствует о том, что в начале вегетации культур наблюдается наивысшее его содержание в почве (табл. 1.). На протяжении вегетации, в меру роста и развития культурных растений, происходило постепенное снижение его содержания. После уборки культур, в осенний период за счет поступления органических остатков и удобрений, содержание гумуса частично восстанавливалось и весной следующего года достигало первичных значений в экологической и биологической системах земледелия. На контрольном варианте показатели не всегда восстанавливались до первичных значений. Таким образом, при применении высоких доз минеральных удобрений, даже на фоне внесения органики, промышленная система способствует ускоренной минерализации гумусовых веществ.

Табл. 1. Динамика содержания гумуса в 0–30 см слое почвы звена севооборота в зависимости от систем земледелия, %

Система земледелия (А)

Система обработки почвы (В)

Содержание гумуса, %

2012 г

2013 г

2014 г

Начало вегетации

Конец вегетации

Начало вегетации

Конец вегетации

Начало вегетации

Конец вегетации

П. (к)

Д. (к)

4,16

4,07

4,15

4,11

4,14

4,05

Пл.

4,10

4,02

4,09

4,01

4,08

4,03

О-б.

4,18

4,09

4,17

4,12

4,17

4,13

Пов.

4,08

4,01

4,04

4,01

4,07

4,02

Э.

Д. (к)

4,18

4,09

4,16

4,14

4,22

4,08

Пл.

4,17

4,09

4,14

4,07

4,20

4,10

О-б.

4,20

4,14

4,21

4,17

4,21

4,18

Пов.

4,18

4,12

4,17

4,14

4,20

4,11

Б.

Д. (к)

4,16

4,07

4,16

4,10

4,18

4,06

Пл.

4,19

4,11

4,23

4,15

4,19

4,07

О-б.

4,20

4,12

4,20

4,14

4,19

4,09

Пов.

4,15

4,06

4,15

4,11

4,16

4,07

НСР05 % (А)

0,04

0,05

0,03

0,03

0,05

0,06

НСР05 % (В)

0,04

0,05

0,04

0,04

0,06

0,06

Примечание: 1) П. (к), Э., Б. – промышленная, экологическая, биологическая системы земледелия. 2) Д., Пл., О-б., Пов. – дифференцированная, плоскорезная, отвально-безотвальная, поверхностная системы обработки почвы.

Система обработки почвы не значительно влияет на скорость разложения и потери гумуса почвы. Но на вариантах со вспашкой проявилась тенденция к незначительному снижению этого показателя. Причину этого можно объяснить тем, что запашка соломы и органических удобрений на глубину 16–20 см сопровождается не гумификацией, а брожением с выделением пропионовой, масляной и уксусной кислот.

При этом в промышленной системе наблюдалась более широкая амплитуда колебаний содержания гумуса в зависимости от обработки почвы. Таким образом, в промышленной системе земледелия разница между поверхностными возделываниями и пахотой составляла в среднем 1–1,5 %, а в экологической и биологической системах – 0,1–0,7 %. По нашему мнению, это предопределяется большим содержимым органики в-последних, что несколько сглаживает разницу между обработками почвы в них.

В целом по звену севооборота системы земледелия обеспечивали положительный баланс гумуса в почве. В контрольном варианте прирост гумуса составил 1,06 т/га, против 1,6 т/га в экологической (+51 %) и 1,24 т/га (+17 %) в биологической системах земледелия (рис. 1.). Таким образом, исследуемые системы земледелия существенно преобладали контроль за показателями накопления гумуса в почве.

Рис. 1 Влияние систем земледелия на баланс гумуса в почве звена полевого севооборота(2012–2014 гг.)

Глубина и способы обработки почвы влияют на трансформацию органического вещества, скорость которой зависит от размещения органической массы в почве. Системы основной обработки почвысущественно влияли на баланс гумуса. Плоскорезная и поверхностная обработки уступали дифференцированной за величиной баланса на 9 и 13 % соответственно. В то же время баланс гумуса при отвально-безотвальном варианте обработки находился на уровне контроля.

С наличием органического вещества тесно повязана деятельность почвенных микроорганизмов. Количественный и качественный состав почвенной микробиоты адекватно отражает степень антропогенной нагрузки, потому используется в качестве диагностического показателя при оценке экологического состояния почвы [2, 4, 7].

В среднем за вегетационный период наибольшая численность микроорганизмов была обнаружена в экологической и биологической системах земледелия (табл. 2). Экологическая система способствовала значительному увеличению параметров микробиологической активности на 40, а биологическая – 27 % относительно контроля. Таким образом, внесение органики на фоне умеренного применения минеральных удобрений при экологической системе земледелия приводит к существенному росту всех групп микроорганизмов.

(Табл. 2.) Влияние систем земледелия на численность основных эколого-трофических и таксономических групп микроорганизмов почвы звена севооборота (2012–2014 гг.)

Система земледелия (А)

Система обработки почвы (В)

Численность микроорганизмов, млн. КОЕ/г

Аммонификаторы на МПА

Амилолитики на КАА

Педотрофы на ПА

Олиготрофы на ГА

Микромицеты на Чапека, тис. КОЕ/г

П.

Д. (к)

8,1

21,1

8,4

9,7

44,2

Пл.

8,9

21,4

9,2

9,4

46,4

О-б.

9,8

22,3

10,1

9,2

54,9

Пов.

10,4

21,1

10,0

9,7

41,0

Э.

Д. (к)

9,8

22,3

12,1

4,9

81,7

Пл.

11,1

24,1

12,7

4,7

84,4

О-б.

12,5

23,2

13,4

4,7

85,3

Пов.

12,6

24,2

11,2

5,1

80,7

Б.

Д. (к)

8,9

16,3

10,4

5,6

79,4

Пл.

9,3

13,4

11,3

5

85,6

О-б.

10,7

14,2

11,7

5,3

84,8

Пов.

11,0

10,3

12,2

5,4

81,2

НСР05%(А)

5,2

6,1

4,9

5,5

6,9

НСР05%(В)

7,4

8,3

6,8

7,2

10,1

На фоне высшего внесения органики при экологической и биологической системах происходил рост численности соответственно на 23 и 7 % микроорганизмов, которые усваивают органический азот и уменьшение при биологической системе на 36 % тех, которые усваивают минеральный азот. Экологическая – наоборот способствовала росту на 9 % микроорганизмов, утилизирующих минеральный азот.

Характерным для исследуемых систем был значительный рост численности микромицетов (+77 %) относительно контроля, что обусловлено требовательностью данных видов микроорганизмов к наличию в почве органических остатков и значительного уровня азотного и углеродного питания. Микромицеты были наиболее численной таксономической группой микроорганизмов в почве при всех системах земледелия. 

На фоне экологической и биологической систем земледелия состоялось уменьшение количества олиготрофной микрофлоры, которая развивается за счет минимального количества органического вещества и присущая последним стадиям ее минерализации. Уменьшение коэффициента олиготрофности при этих системах отображает эти изменения в структуре микробного ценоза почвы. Численность педотрофов, которые утилизируют водорастворимые фракции органического вещества, возросла в экологической и биологической системах земледелия.

Показатель минерализации, который указывает на интенсивность минерализационных процессов и усваивания азотных соединений в почве, несколько отличался от контроля на всех удобряемых вариантах, но максимальным был на варианте промышленной системы земледелия (табл. 3.). Применение сниженных доз минеральных удобрений и гербицидов несколько сдерживает мобилизационные процессы, о чем свидетельствует снижение коэффициентов минерализации и олиготрофности при экологической системе земледелия.

Табл. 3. Показатели биологических процессов почвы в разных системах земледелия

Система земледелия (А)

Система обработки почвы (В)

Коэффициенты

Минерализации

Олиготрофности

Трансформации органического вещества

П.

Д. (к)

2,61

0,33

11,21

Пл.

2,40

0,31

12,60

О-б.

2,27

0,29

14,15

Пов.

2,03

0,31

15,48

Э.

Д. (к)

2,28

0,15

14,11

Пл.

2,17

0,13

16,21

О-б.

1,86

0,13

19,23

Пов.

1,92

0,14

19,16

Б.

Д. (к)

1,83

0,22

13,76

Пл.

1,44

0,22

15,75

О-б.

1,32

0,21

18,83

Пов.

0,94

0,25

22,59

Использование сидератов и органических удобрений в исследуемых системах положительно повлияло на показатель трансформации органического вещества, который при экологической системе был более высок (+ 29 %), а при биологической (+ 32 %) от контроля.

Жизнедеятельность микрофлоры напрямую зависит и от вариантов основной обработки почвы (табл. 2.). Значительный рост общего количества микроорганизмов (+9 %) состоялся при отвально-безотвальной обработке почвы. Влияние обработки почвы было несущественным на смену количества амилолитиков и олиготрофов, однако наблюдалась тенденция к росту количества миксомицетов на 9,6 % при отвально-безотвальном варианте. Также он способствовал существенному, на 13,8 % росту педотрофных микроорганизмов и аммонификаторов на 23,3 %. В общем, контрольный вариант возделывания почвы способствовал росту тех микроорганизмов, которые минерализуют органическое вещество, о чем свидетельствуют рассчитанные коэффициенты в таблице 3.

В результате проведенного анализа установлена тесная корреляционная связь между содержанием гумуса в почве и общим количеством микроорганизмов в ней (r=0,7).

Урожайность сельскохозяйственных культур – основной интегрирующий показатель, характеризующий уровень эффективного плодородия почвы, который формируется на базе систем земледелия. В наших исследованиях за уровнем урожайности в среднем за три года исследований экологическая система земледелия существенно превосходила промышленную по урожайности пшеницы озимой (+ 13,6 %) и была на уровне контроля по урожайности кукурузы на зерно и силос. Система биологического земледелия существенно уступала контрольной по урожайности всех выращиваемых культур, что повязано из существенным ухудшением фитосанитарного состояния посевов, поскольку здесь мы ограничены внесением средств защиты культур от сорняков, вредителей и болезней (табл. 4.). 

Табл. 4. Влияние систем земледелия на урожайность культур звена севооборота (2012–2014 гг.)

Система земледелия (А)

Система обработки почвы (В)

Кукуруза на силос

Пшеница озимая

кукуруза на зерно

Системы земледелия

Системы обработки почвы

Системы земледелия

Системы обработки почвы

Системы земледелия

Системы обработки почвы

П.

Д. (к)

56,0

61,1

3,9

4,1

6,7

7,2

Пл.

53,1

3,8

6,5

О-б.

57,0

4,1

7,4

Пов.

52,7

3,5

5,7

Э.

Д. (к)

52,1

54,5

4,4

4,8

6,7

7,1

Пл.

53,0

4,2

6,5

О-б.

56,3

4,6

7,4

Пов.

44,6

4,1

6,0

Б.

Д. (к)

39,8

44,6

2,9

3,3

5,3

5,8

Пл.

36,6

2,7

5,1

О-б.

42,5

2,9

6,0

Пов.

35,7

2,5

4,4

НСР05

3,21

4,78

0,12

0,15

0,25

0,31

Среди систем обработки существенно превышала контроль по урожайности или находилась на его уровне система отвально-безотвальной обработки почвы (табл. 4.).

Выводы. Таким образом, за результатами исследований можно сделать выводы, что на типичных черноземах стабилизации почвенного гумуса и повышения микробиологической активности почвы можно достичь внедрением зональной модели экологической системы земледелия с участием системы отвально-безотвальной обработки почвы в зернопропашных севооборотах. Реальность ресурсного обеспечения данной модели обоснована максимально возможной мобилизацией органических удобрений – навоза, массы сидеральных пожнивных культур, поверхностных и корневых остатков.

Библиографический список:

1. Відтворення родючості ґрунтів у ґрунтозахисному землеробстві / [М. К. Шикула, С. С. Антонець, В. О. Андрієнко]: за ред. М. К. Шикули. – К.: Оранта, 1998. – 678 с.
2. Городецкая Е. Е. Изменение биологической активности и гумусного состояния чернозема типичного под влиянием минимализации обработки почвы / Е. Е. Городецкая, Л. Р. Петренко // Химизация и агроэкология: сб. науч. трудов УСХА. – К.: Изд-во УСХА, 1991. – С. 58 – 62.
3. Екологічні проблеми землеробства / [І. Д. Примак, Ю. П. Манько, Н. М. Рідей та ін.]; за ред. І. Д. Примака. – К.: Центр учбової літератури, 2010.–456 с.
4. Звягинцев Д. Г. Динамика микробной численности, биомассы и продуктивность микробных сообществ в почвах / Д. Г Звягинцев, В. Е. Голимбет // Успехи микробиологии. – М.: Наука, 1983. – С. 215 – 231.
5. Шикула М. К. Ґрунтозахисна біологічна система землеробства в Україні М. К. Шикула, Ю. П. Манько, С. С. Антонець та ін. – К.: Оранта, 2000.  389 с.
6. Brussaard L. Soil biodiversity for agricultural sustainability. Agriculture, Ecosystems and Environment / L. Brussaard, P. De Ruiter, G. Brown, G. B, 2007 – 244 p.
7. Ros M. Soil microbial activity after restoration of a semiarid soil by organic amendments. Soil-Biology and Biochemistry / M Ros, T. Hernandez, and C. Garcia. Vol. 35, No. 3. p. 463 – 469.




Рецензии:

7.04.2015, 9:14 Козинская Ольга Владимировна
Рецензия: Считаю возможным рекомендовать статью в печать.

20.04.2015, 17:00 Вишневский Петро Станиславович
Рецензия: Статья Павлова А.С, Танчика С.П. «Воспроизводство плодородия почвы при различных системах земледелия» является актуальной и имеет научную новизну, но не смотря не это, на моё мнение, нуждается в доработке. 1. Название статьи – не различные системы земледелия, а за разных систем земледелия; 2. Биологическая система земледелия, все понятно но необходимо конкретизировать, так как не может быть то, о чем вы отмечаете – …… продуктивность пашни на 13% ниже биоклиматического потенциала. Биоклиматический потенциал обеспечивает продуктивность сельскохозяйственных культур от того или иного исследуемого фактора. 3. Уровень урожайности кукурузы на зерно как за промышленной так и экологической системы земледелия на одном уровне в принципе независимо от способа обработки почвы, необходимо данный факт обосновать. При доработке данная статья рекомендуется к публикации.

4.06.2015, 22:45 Мудрых Наталья Михайловна
Рецензия: Статья выполнена на актуальную тему, но для размещения в журнале требует доработки: 1. Необходимо прописать методику (когда были отобраны почвенные образцы для определения гумуса, микробиологии; дать характеристику почвы до закладки опыта; какое расположение делянок в опыте, повторность вариантов в опыте; когда проводили учет урожайности; каким способом проводили математическую обработку результатов в опыте); 2. В каких единицах измеряется урожайность культур.



Комментарии пользователей:

Оставить комментарий


 
 

Вверх