Статья: Влияние способов обработки почвы на водно-физические свойства и урожайность ярового ячменя при возделывании на склоновых землях Ростовской области

Влияние способов обработки почвы на водно-физические свойства и урожайность ярового ячменя при возделывании на склоновых землях Ростовской области

Э.А. Гаевая

Федеральный Ростовский аграрный научный центр, Рассвет, Российская Федерация

Целью исследований являлось изучение влияния способов обработки почвы и условий влагообеспеченности сельскохозяйственного года на водно-физические свойства почвы, эрозию, урожайность и окупаемость затрат на удобрения прибавкой урожая. Исследования были проведены в многофакторном стационарном опыте в 1990-2017 гг. на склоне балки Большой Лог в Аксайском районе Ростовской области. Опыт был заложен в 1986 г. в системе контурно-ландшафтной организации территории склона крутизной до 3,5-4,0 градусов с комплексом лесозащитных насаждений и гидротехнических сооружений. Урожайность ярового ячменя изучали в севообороте, предшественником служила кукуруза на зерно. Делянки были размещены рендомизированным методом. Применяли три уровня минерального питания растений, изучали две системы основной обработки почвы - чизельную и отвальную. Была предпринята попытка проанализировать значения показателя гидротермического коэффициента и распределить все годы наблюдений на две группы: засушливые и влажные. Полученные данные позволили сделать вывод, что показатели: сумма осадков за год, осадки холодного периода, осадки вегетационного периода ярового ячменя - были больше среднемноголетних значений во влажные годы, а температура ниже. В засушливые годы наблюдается обратная зависимость (r - 0,99). Применение контурно-полосной организации территории на склонах крутизной до 3,5-4,0 градусов существенно сокращает эрозионные процессы (до безопасных пределов). Использование чизельной обработки почвы позволяет аккумулировать осадков холодного периода года на 26 % больше, чем в вариантах с отвальной обработкой, сокращает смыв на 11-17 %, повышает урожайность ярового ячменя с 2,50 т/га на естественном уровне питания до 3,72 т/га при внесении повышенных доз удобрений.

Наиболее эффективно применение удобрений под яровой ячмень в дозе 100 кг д. в./га севооборотной площади при чизельной обработке, прибавка урожая составила 9,3 кг/кг.

Ключевые слова: яровой ячмень, гидротермический коэффициент, сток, смыв, водопроницаемость, плотность почвы, урожайность, окупаемость удобрений.

The purpose of the research was to study the influence of soil tillage methods and the conditions of water availability of an agricultural year on soil water-physical properties, erosion, yield and fertilizer payback by yield increase. The studies were conducted in a multifactorial stationary experiment in 1990-2017 on the slope of the Bolshoi Log gully in Aksay district Rostov region. The experience began in 1986 in the system of contour and landscape organization of the territory of the slope with a steepness up to 3.5-4.0 degrees' by complex of forest stands and hydraulic structures. Spring barley yield capacity was studied in crop rotation, the forecrop was grain maize. The plots were placed by a randomized method. Three levels of mineral nutrition of plants were applied, two systems of basic tillage were studied - chisel and moldboard. An attempt to analyze the values of the hydrothermal coefficient index and to distribute all years of observations into two groups - arid and wet-was made. The obtained data helped to conclude that the following indices: the amount of precipitation for the year, the precipitation of the cold period, the precipitation of the growing season of spring barley were more than the mean long-term values in wet years, and the temperature is lower. In dry years, there is an inverse relationship (r - 0.99). The use of contour-strip territory planning on slopes up to 3.5-4.0 degrees' substantially reduces erosion processes (to safe limits). Chisel tillage allows accumulating precipitation of the cold period of the year by 26 % more than with moldboard, reduces the washout by 11-17 %, increases the spring barley yield from 2.50 t/ha at the natural level of nutrition up to 3.72 t/ha when applying increased doses of fertilizers. The most effective application rate of fertilizers for spring barley is 100 kg/ha crop rotation area under chisel, the yield increase was 9.3 kg/kg.

Key words: spring barley, hydrothermal index, runoff, washout, water permeability, soil density, yield, fertilizers payback.

Основной задачей агропромышленного комплекса Ростовской области является наращивание производства сельскохозяйственной продукции в объемах, позволяющих обеспечивать внутреннюю потребность рынка и частично импортировать ее за рубеж. Формирование эффективного, устойчивого и конкурентоспособного производства продукции позволит обеспечить продовольственную безопасность страны, повысить уровень и качество жизни сельского населения. В условиях ограниченного роста посевных площадей основной путь увеличения валовых сборов сельскохозяйственных культур заключается в повышении урожайности и качества зерна, а также использовании эродированных земель для получения продукции. Склоновые земли, подверженные эрозии, за счет стока и смыва теряют часть питательных элементов и гумуса. Из-за водной и ветровой эрозии почв недобор зерна по стране оценивается в 15,8 млн т/год, а общий ущерб составляет ежегодно более 9,7 млрд долл. [1, 2].

На Северном Кавказе яровой ячмень возделывается на площади около 2 млн га, при этом около 30 % посевов приходится на Ростовскую область. Урожайность ярового ячменя составляет 3-4 т/га зерна в зависимости от зоны возделывания при точном соблюдении современных технологий возделывания. Потенциальная урожайность зерна достигает 7,0 т/га. Урожайность ярового ячменя колеблется в зависимости от погодных условий: в неблагоприятные годы - 1,20 т/га, в благоприятные - 3,40 т/га.

В технологии возделывания ярового ячменя велика роль основной обработки почвы. Она направлена, прежде всего, на защиту почв от эрозии, а также на максимальное накопление и сохранение влаги, создание оптимальных физико-химических свойств верхнего слоя почвы, в которую попадают семена при посеве, борьбу с сорной растительностью [5].

После основной обработки почвы в максимально взрыхленном состоянии наблюдается высокая водопроницаемость, позволяющая частично впитывать влагу и препятствовать развитию эрозионных процессов. Вместе с тем если на целине талые воды усваиваются полностью и отсутствует сток во время ливней, то на пашне сток может достигать больших размеров не только из-за низкой водопроницаемости, но и за счет малого количества стерневых и пожнивных остатков. Поэтому на пахотных черноземных почвах по сравнению с целиной возможна значительная потеря воды из-за поверхностного стока талых вод [6, 7].

При систематическом применении на черноземах обыкновенных эродированных почвозащитных технологий отмечено повышение содержания органического вещества, водопроницаемости, улучшение агрегатного состава почвы. Применение мелкой плоскорезной обработки с одновременным щелеванием обеспечивает более благоприятный водный режим. Лучшее использование осадков при почвозащитной обработке обусловлено наличием на поверхности поля пожнивных остатков и увеличением водопроницаемости почвы. Все эти меры позволяют защитить почву от развития эрозионных процессов и сохранить ее плодородие [8-12].

Целью исследований являлось изучение влияния способов обработки почвы и условий влагообеспеченности сельскохозяйственного года на водно-физические свойства почвы, смыв, урожайность и окупаемость затрат на удобрения прибавкой урожая.

Материал и методы. Исследования были проведены в многофакторном стационарном опыте на склоне балки Большой Лог в Аксайском районе Ростовской области в 1990-2017 гг. Опыт был заложен в 1986 г. в системе контурно-ландшафтной организации территории склона крутизной до 3,5-4,0° с комплексом защитных лесных насаждений и простейших гидротехнических сооружений: валов-канав и валов-террас, позволяющих снизить до безопасных пределов сток талой и ливневой воды, а также смыв почвы.

Почва опытного участка - чернозем обыкновенный тяжелосуглинистый на лессовидном суглинке, среднеэродированный. Среднегодовой сток 20 мм (максимальный 34,4 мм).

Среднегодовой смыв почвы 18,5 т/га (максимальный - 42 т/га) [13].

Мощность Апax - 25-30 см, А + Б - от 30 до 40 см в зависимости от смытости. Порозность пахотного горизонта - 61,5 %, подпахотного - 54 %. НВ - 33-35 весовых процентов, влажность завядания - 15,4 %. Содержание гумуса в Апах 3,80-3,83 % (ГОСТ 26213-91), общего азота в слое 0-30 см 0,14-0,16 % (ГОСТ 26107-84), исходное содержание подвижных фосфатов - 15,7-18,2 мг, обменного калия 282-337 мг/кг почвы (ГОСТ 26205-91).

Климат зоны проведения исследований засушливый, умеренно жаркий, континентальный. Относительная влажность воздуха имеет ярко выраженный годовой ход. Наименьшие ее значения отмечаются в июле
(50-60 %), минимальные в отдельные дни могут быть 25-30 % и ниже. Среднее многолетнее количество осадков 492 мм, распределение их в агрономической оценке часто малоблагоприятное (3,7 года из каждых 10). За весенне-летний период выпадает 260-300 мм. Накопление влаги в почве начинается в основном в конце октября - ноябре, и максимальный ее запас отмечается ранней весной (с середины марта до начала апреля). Осень наступает чаще всего в конце сентября.

Среднегодовая температура плюс 8,8 °С, средняя температура января минус 6,6 °С, июля - плюс 23 °С, минимальная зимой минус 41 °С, максимальная летом - до плюс 40 °С. Безморозный период 175-180 дней. Сумма активных температур 3210-3400 °С. Частые явления - суховеи, имеют место пыльные бури различной интенсивности. В сентябре начинается снижение температуры воздуха, особенно значительное в октябре. В первой декаде октября температура воздуха устойчиво переходит через 10 °С [14]. Исходные данные о температурном режиме и количестве осадков получены из отчетов института за ряд лет и обобщены для получения более достоверных данных при их математической обработке.

Урожайность ярового ячменя изучали в севообороте, развернутом в пространстве и во времени в трехкратной повторности, предшественником служила кукуруза на зерно. Делянки были размещены рендомизированным методом. Применяли три уровня минерального питания растений: 1 (первый уровень) - N46Р24К30 (на 1 га севооборотной площади), 2 (второй уровень) - N84Р30К48 (на 1 га севооборотной площади), контролем служил уровень питания, при котором удобрения не вносили. Также изучали две системы основной обработки почвы: чизельную и отвальную.

Материалом исследования служили сорта ярового ячменя Одесский 100, Прерия, Медикум 157. Урожайность определяли методом прямого комбайнирования комбайном «Сампо 500» с учетной площади 50 м2 по методике Б. А. Доспехова. Плотность сложения почвы изучали в образцах с ненарушенным сложением, влажность - термостатно-весовым методом. Водопроницаемость почвы определяли при различных способах основной обработки почвы в два срока: при посеве яровых культур и в фазу полной спелости - с использованием метода залива колец [15]. Результаты исследований автором получены на протяжении последних 10 лет, а данные по предыдущим годам были взяты из отчетов и обобщены [16]. Математическую обработку полученных результатов проводили методом дисперсионного анализа по Б. А. Доспехову (2011) с использованием персонального компьютера [17].

Результаты и обсуждение. Возделывание ярового ячменя на склоновых землях Ростовской области сопряжено с некоторыми трудностями. Одна из проблем ландшафтного земледелия связана с необходимостью сохранения и накопления влаги как в зимний период, так и в весенний. Другая, наиболее важная проблема - снижение стока талых вод и смыва почвы до безопасных пределов.

Наиболее значимыми климатическими факторами, определяющими продуктивность ярового ячменя, являются температура и влагообеспеченность как вегетационного периода, так и года в целом. Нами была рассчитана среднемноголетняя норма ГТК (гидротермического коэффициента) с 1990 по 2017 г. и по этому показателю все годы исследований были распределены на две группы. Годы, в которые ГТК был выше нормы, были условно отнесены в группу «влажные», а в которых был ниже - в «засушливые» (таблица 1).

Таблица 1 - Характеристика климатических показателей в стационарном опыте в Аксайском районе Ростовской области, среднее за 1990-2017 гг.

Наблюдения проводили в течение 28 лет, из которых 57 % были охарактеризованы как засушливые годы и 43 % - как влажные. Суммарное количество осадков в годы с недостаточным увлажнением было практически равно среднемноголетней норме, составляющей 492 мм, а во влажные годы этот показатель был на 36 % больше. Аналогичная закономерность наблюдалась при выпадении осадков в холодный период года. Количество осадков вегетационного периода ярового ячменя значительно отличалось от среднемноголетней нормы. В засушливые годы их количество было меньше на 21 %, а во влажные годы осадков выпадало на 38 % больше средней нормы. Среднегодовая температура в засушливые годы была больше на 27 %, или выше на 2,3 °С, по сравнению со среднемноголетними значениями, а во влажные годы этот показатель был незначительно меньше. Температурный режим вегетационного и критического периода развития ярового ячменя имел ту же закономерность, что и среднегодовые значения.

Из приведенных данных видно, что значения суммы осадков и осадков за период времени, выделенные в группу лет, охарактеризованных как влажные, выше среднемноголетней нормы, а температуры - ниже. В группе лет, названных засушливыми, наблюдается обратная зависимость (r - 0,99).

Одна из главных задач основной обработки почвы - это создание благоприятных условий для накопления доступной влаги в зимний период года. Хорошо разделанная почва способна накопить в холодный период и сохранить в весенне-летний период почвенную влагу в достаточном количестве для хорошего развития растений ячменя весной. Оптимальные условия для накопления осадков создаются при использовании различных почвообрабатывающих орудий. Выбор способов основной обработки почвы сводится к оптимизации двух противоположных процессов: максимального накопления почвенной влаги в осенне-зимний период и минимального расходования ее в летний период.

В годы с недостаточным увлажнением в холодный период в среднем выпадает осадков 168 мм в виде дождя и снега. В годы с достаточным увлажнением их количество увеличивается на 60 %. В зависимости от влагообеспеченности года, расхода влаги предшествующей культурой и способа основной обработки в метровом слое почвы может оставаться различное количество доступной влаги. В засушливые годы в вариантах с чизельной обработкой на начало холодного периода влаги в почве содержалось 49,5 мм, а во влажные годы на 33 % больше. Аналогичная закономерность наблюдалась в вариантах с отвальной обработкой почвы.