«АГРОЭКОЛОГИЧЕСКОЕ ОБОСНОВАНИЕ СИСТЕМ ВОСПРОИЗВОДСТВА ПОЧВЕННОГО ПЛОДОРОДИЯ В ПОЛЕВЫХ СЕВООБОРОТАХ СРЕДНЕГО ЗАВОЛЖЬЯ ...»

По данным И.Г. Захарченко (1978), Д.С. Орлова (1990) положительный баланс гумуса складывается при внесении 6-10 т/га навоза и 4-8 т/га стандартных туков. При этом содержание гумуса возрастает и в подпахотном слое почвы (Н.Н. Мартынович, 1989; А.П. Щербаков, И.А. Рудай, 1983).

В современных условиях значительным резервом сохранения и воспроизводства гумуса в почвах, наряду с внесением органических и минеральных удобрений, являются расширение посевов многолетних трав, введение почвозащитных севооборотов и оптимизация посевных площадей.

Основным источником воспроизводства гумуса в корнеобитаемом слое почвы являются корневые и пожнивные остатки растений. При биологически обусловленном соотношении основной продукции: корни+послеуборочные остатки повышение урожайности культур влечёт за собой дополнительное поступление в почву органического вещества. Применение удобрений, по данным А.М.Лыкова (1989), увеличивая формирование на 25-35% более высоких урожаев биомассы, оказывает положительное влияние на накопление гумуса в почве. Изменяя химический состав растений удобрения, одновременно с увеличением биогенных элементов в почве, влияют на скорость и глубину трансформации растительных остатков, образование гумусовых веществ (А.А. Туев, 1989).

В длительных стационарных опытах в Поволжском регионе изучалось самостоятельное и совместно с минеральными удобрениями влияние сидеральных культур на плодородие почвы (В.Ф. Кормилицын, 1987). Установлена взаимосвязь между эффективным и потенциальным плодородием.

Для обеспечения систематического роста урожайности недостаточно поддержания равновесия между ними на одном уровне. Рост урожайности базируется на постоянном воспроизводстве как эффективного, так и потенциального плодородия. Повышение эффективного плодородия за счёт потенциальных запасов ведёт к неминуемому разрушению почвы.

Согласно данным А.И. Жукова и П.Д.Попова (1988) убыль гумуса более существенна при высоком его содержании в почве, чем при низком. На варианте с низким содержанием гумуса в почве оно при внесении минеральных удобрений оставалось стабильным.

Наиболее корректные данные о влиянии удобрений на содержание гумуса в почве могут быть получены в длительных стационарных опытах. Количественные изменения по содержанию гумуса в почве зависят от вида и доз внесения удобрений, специализации севооборота, особенностей возделываемых культур, величины урожая, гранулометрического состава почвы и др.

Большое значение в повышении плодородия почвы в современных условиях имеют бобовые культуры, особенно многолетние травы, менее затратные биологические методы воспроизводства почвенного плодородия: использование соломы на удобрения, зелёной массы сидеральных культур, расширение посева зернобобовых культур и многолетних трав.

Многолетние исследования однозначно и убедительно доказывают, что для повышения эффективного плодородия почвы при дефиците материальных и денежных средств важным является посев сидератов. Однако о роли зелёного удобрения в воспроизводства потенциального плодородия у исследователей единодушного мнения нет. Одни доказывают, что сидераты способствуют накоплению гумуса в почве; другие – уменьшают его количество, вследствие стимулирования процессов минерализации почвенных запасов органического вещества. Влияние их на потенциальное плодородие почвы зависит, прежде всего, от количества запахиваемой биомассы и содержания в ней азота.

В Саратовском Заволжье в опытах с сидеральными культурами В.Ф.Кормилицын установил, что через 2 года после запашки пожнивных сидеральных культур (150-155 ц/га воздушно-сухого органического вещества) количество гумуса возросло в слое 0-10 см на 0,05-0,12%; в слое 10-20 см на 0,05-0,09%.

Более существенные изменения в содержании гумуса происходили при использовании сидератов на удобрение после запашки всей наземной биомассы (по слоям почвы соответственно – на 0,10-0,14% и 0,07-0,22%).

Однако выявленное через 2 года после запашки сидератов увеличение количества гумуса в почве в конце ротации севооборота (через 6 лет) не обнаруживалось и далее снижалось (по слоям почвы на 0,02-0,04 и 0,03-0,4% соответственно).

На зелёное удобрение наиболее эффективно возделывание бобовых культур (донник, люпин, вика, горох, люцерна и др.) которые в результате азотфиксации накапливают большое количество азота, при запашке зелёной массы бобовых в почву поступает 150-200 кг/га азота, что равноценно его содержанию в 30-40 т/га навоза. Кроме того, коэффициент использования азота зелёного удобрения (в первый год) вдвое выше, чем азота навоза и компостов (Д.А.Васильев, 1984).

Однако исследования по обоснованию технологий эффективного использования сидератов не получили достаточного освещения.

В решении задачи воспроизводства почвенного плодородия в Заволжье большое место отводится использованию в качестве органического удобрения соломы и расширению до оптимальных размеров посевов многолетних трав.

В предыдущих исследованиях (К.И. Довбан, 1990) за счет навоза, вносимого в течение 18 лет, накапливалось 30 т/га органического углерода, а за счёт соломы, вносимой непрерывно в течение 27 лет – 25,5 т/га.

При внесении соломы в чистом виде в первый год наблюдается некоторое снижение урожая в результате дополнительного потребления азота почвы микрофлорой, разлагающей солому. Для того, чтобы исключить это нежелательное явление, вместе с измельченной соломой (4-6 т/га) вносят азотные минеральные удобрения из расчёта 0,7-1,0% азота от веса соломы (40-60 кг/га азота).

По обобщениям И.В.Тюрина параллельно содержанию гумуса происходило изменение содержания азота в почве. В конце ротации севооборота наличие общего азота, как и гумуса уменьшалось на делянках с запашкой сидератов. Содержание общего азота на контроле изменялось незначительно. Через 6 лет его количество сократилось на 0,01%.

Более заметное уменьшение количества азота при запашке сидератов происходило вследствие уменьшения почвенных запасов органических азотсодержащих соединений, прежде всего гумусовых веществ. Обогащение почвы гумусом через 2 года после запашки зелёных удобрений сопровождалось уменьшением отношения углерода к азоту по сравнению с контролем. Обогащение почвы гумусом от запашки зелёной массы бобовых растений было нестойким и кратковременным.

Сочетание минеральных удобрений и внесения соломы уменьшило накопление в почве гумусовых веществ по сравнению с применением одной сидерации. От запашки сидератов с соломой содержание гумуса возрастало на 0,08-0,1%, что в 1,3 -1,5 раза меньше прироста от одного зелёного удобрения.

Сочетание органических удобрений с минеральными не только ускоряло минерализацию органического вещества, но и активизировало гумификацию.

Совместное применение зелёного удобрения с минеральными ослабило новообразование гумуса. Через 2,5 года после закладки опыта содержание гумуса существенно не изменилось. В конце ротации севооборота уменьшение количества гумуса превосходило контроль в 1,5-2 раза, что является следствием активизации процессов минерализации органического вещества почвы в результате биологической вспышки жизнедеятельности почвенной микрофлоры после запашки зелёного удобрения.

При глубокой запашке зелёного удобрения содержание гумуса уменьшалось медленнее и обнаруживалось через 5-6 лет. Увеличение количества гумуса по сравнению с определением его в середине ротации происходило только на делянках с внесением одной соломы.

Минеральные удобрения не оказывали чётко выраженного влияния на содержание в почве гумуса, поддерживая его на первоначальном уровне.

Относительно первоначального содержания применение одних минеральных удобрений и соломы+NPK заметно не влияли на показатели валового содержания азота и его минеральных форм (нитратов и аммиачного азота).

Одной из целей биологического земледелия является сохранение единой системы «природа-растение». Органо-биологическое земледелие основывается на концепции, что почва это живой организм, в котором все составляющие находятся в сбалансированном состоянии соответствующем естественному и не должно нарушаться. Финансовый кризис, недостаток средств на приобретение удобрений, техногенной интенсификации земледелия значительно повысили интерес к биологическим методам воспроизводства почвенного плодородия.

Недостаток питательных веществ при таком способе ведения земледелия восполняется путём посева бобовых культур, использования зелёного удобрения, внесения больших количеств органики за счёт нетрадиционных источников (солома, отходы перерабатывающей промышленности). Удобрения при биологизации земледелия способствуют активизации жизненных процессов в почве на основе обогащения её органическим веществом. Посев многолетних трав, сидеральных культур, пожнивных сидератов приводят к усиленному развитию корневых систем растений способствует мобилизации питательных веществ почвы.

Проведённые исследования показывают, что при биологизации земледелия в почве отмечается более высокое содержание углерода и общего азота, массы микроорганизмов, активность дегидрогеназы и каталазы, численности азотфиксирующих микроорганизмов, но содержание фосфора и калия снижается.

Результаты зарубежных исследований по биологическому земледелию довольно противоречивы. При общей концепции снижения урожайности без удобрений некоторые авторы отмечают повышение продуктивности культур, улучшение качества. В Великобритании по данным Holges (1983) использование биологической системы земледелия повысило урожайность пшеницы на 0,6-4,1 ц/га, ячменя – на 3,8 ц/га, овса – на 4,1-9,5 ц/га. Положительные результаты по биологизации земледелия получены в Швейцарии, Австрии, США, Нидерландах.

Повышенная кислотность почвенного раствора снижает темп гумификации и ослабляется закрепление гумусовых веществ в почве (Stumpe, Hagedorn, 1982; Loginob, Janowcak, 1981). В опытах ТСХА внесение минеральных удобрений по фону извести увеличило содержание гумуса в 1,3-2,0 раза в сравнении с неудобренным вариантом (А.Т.Тищенко, 1974). Применение удобрений на чернозёмных почвах приводит к стабилизации содержания гумуса или повышает, в сравнении с контролем на 7-11% (И.М. Шапошникова, М.Н. Новиков, 1986).

Увеличение доз минеральных удобрений до 120 кг/га д.в. азота, фосфора и калия сопровождается поддержанием количества гумуса в почве на более высоком уровне (Л.К. Шевцова, 1988).

В длительных стационарных опытах установлено, что наиболее интенсивно гумус вновь освоенных земель минерализуется в первые годы после ввода в сельскохозяйственный оборот. В почвах Северного Казахстана потери гумуса при этом составили 5-30%, в почвах ЦЧО – 15-40%.

В результате сельскохозяйственного использования для каждой почвы может сформироваться свой равновесный баланс содержания гумуса, который необходимо поддерживать в практической деятельности сельхозпредприятий.

Одним из эффективных факторов регулирования продуктивности растений, а, следовательно, и гумусонакопления является улучшение азотного питания, обеспеченность почв азотом.

Каждый килограмм азота удобрений позволяет получать дополнительно 5-10 кг зерна, в Поволжье до 80% прибавки урожая от удобрений приходится на долю азота. В стационарных опытах длительное применение навоза увеличивало содержание общего азота, легкогидролизуемой и негидролизуемой фракций (Н.Ф. Кочегарова, 1976). Солома снижала количество минерального азота, но увеличивала количество органического азота. Минеральные удобрения способствуют снижению трудногидролизуемой фракции.

Многолетними исследованиями установлено, что интенсивность и высокая скорость закрепления азота удобрений в почве резко снижает усвоение этого элемента питания растениями. Л.В. Помазкина (1985), Г.П. Гамзиков (1991) и др. приводят данные, свидетельствующие о том, что в первый год в полевых условиях усваивается менее 30% внесённого азота, половина закрепляется почвой и более 20% составляют потери.

Биологическое и необменное закрепление азота удобрений зависит от типа почвы, формы и норм вносимых удобрений, агрономических факторов, увлажнения. Значительно ниже закрепление внесённого азота, при сочетании его с другими элементами питания и в длительно удобрявшихся почвах. Это снижает потери азота в результате миграции и денитрификации. В результате трансформации азота в течение первого года после внесения в почве остаётся около 50% первоначально закреплённого азота. В последующем его количество сокращается на 6-10% ежегодно.

В процессе иммобилизации наибольшая часть азота трансформируется в малоподвижные соединения, он усваивается микроорганизмами, вступившими в реакцию с продуктами метаболизма. В последующем при отмирании микроорганизмов часть азота микробной биомассы переходит в состав гумусовых веществ. К уборке урожая более половины внесенного азота включается в состав гумуса. Под посевами сельскохозяйственных культур в состав гумусовых веществ, вследствие потребления растениями, поступает меньшее количество азота, чем в паровом поле, однако распределение его между фракциями остатся постоянным для данных почвенно-климатических условий.

Одновременно с этим азотные удобрения способствуют дополнительной мобилизации природного почвенного азота. В условиях полевого опыта при внесении азотных удобрений 20-30% общего выноса азота урожаем приходится на мобилизованный почвенный азот (Л.В. Помазкина, 1985).

Большинство авторов считает, что систематическое применение одних минеральных удобрений приводит к ухудшению свойств поглощающего комплекса почв, увеличению всех видов кислотности (Труды ВИУА, 1974, т.2-4).

В почвах тяжёлого гранулометрического состава эти изменения происходят через 7-8 лет, в суглинистых – через 5-7 лет. Кроме почвенно-климатических условий на результаты изменений оказывают влияние состав культур севооборота, а также методы определения этих показателей, различные для различных лет исследований (Аналитическое обеспечение мониторинга гумусового состояния почв. Методические рекомендации РАСХН. – М., 1993. –73 с.).

В обобщениях отечественных и зарубежных исследователей твёрдо установлено, что целесообразность применения удобрений и уровень урожайности сельскохозяйственных культур зависят от содержания в почве подвижных форм азота, фосфора и калия. Применение навоза и полного минерального удобрения существенно изменяют азотный режим почвы: происходит накопление легкогидролизуемых форм азота, повышается нитрификационная способность почвы (В.Е. Егоров, 1961; С.А. Шафран, Н.А. Ваганов, Э.Е. Хавкин, 1985; М.А. Бобрицкая, 1979; К.Л. Загорча, 1983; А.П. Чичкин, 2002 и др.).

Важным показателем плодородия почв является уровень обеспеченности её подвижными фосфатами. По данным последнего тура почвенного обследования (2002-2010 гг.) 443,0 тыс. га пахотных земель Самарской области относятся к слабообеспеченным фосфатами, 1964,3 тыс. га – к среднеобеспеченным и с повышенным содержанием и лишь 424,3 тыс. га – к хорошо обеспеченным.

Проблема регулирования фосфатного режима в целях формирования высокого уровня обеспеченности приобрела к настоящему времени первостепенное значение в связи со снижающимся уровнем содержания фосфатов в почве и резким уменьшением объёмов производства фосфорных удобрений. Для получения максимально возможных в Среднем Поволжье урожаев оптимальным является содержание 15-20 мг/100 г почвы. Для повышения количества фосфатов на 1 мг на 100 г почвы необходимо внесение 70-120 кг/га Р2О5 сверх выноса урожаем (Б.С. Носко, 1982). При высоком содержании фосфатов в почве снижается доступность растениям некоторых микроэлементов (Zn).

По многолетним данным ВИУА оптимальное содержание подвижных фосфатов для зерновых культур находится в пределах 150-200 мг/кг почвы (по Чирикову). По данным белорусских и украинских исследователей оптимальное содержание подвижного фосфора определено на уровне 250 мг/кг почвы.

На обыкновенных чернозёмах в работах И.Н. Чумаченко, С.Ф. Маслова (1985), Д.С. Булгакова (1998), М.П. Чуб (1998) и др. урожайность сельскохозяйственных культур возрастала при увеличении подвижного фосфора в почве до 150-200 мг/кг, на предкавказских карбонатных чернозёмах для зерновых культур – до 250-300 мг/кг, для пропашных – 300-350 мг/кг (Е.А. Зверева, Л.А. Бортников, 1998).

При изучении влияния удобрений на параметры плодородия установлено, что для повышения содержания подвижной Р2О5 на 1 мг/кг почвы на дерново-подзолистых почвах необходимо сверх выноса урожаем внести 75кг/га д.в. фосфорных удобрений; на чернозёмных почвах – 94-170 кг/га Р2О5 удобрений.

Динамика подвижного фосфора в чернозёмах по данным многолетних опытов зависит от воздействия растений на почву, её влажности и температурных условий. Снижение влажности почвы до влажности завядания сопровождается резким уменьшением подвижности фосфора. Понижение доступности фосфатов в связи с понижением влажности почвы объясняется значительным увеличением концентрации почвенного раствора, изменяет дисперсность почвенных коллоидов, что усиливает сорбцию фосфат-ионов (В.П. Дмитриенко, 1957).

Среди условий получения высоких и устойчивых урожаев сельскохозяйственных культур важное место занимает достаточная обеспеченность почв калием. Значение калия возрастает по мере увеличения продуктивности земледелия (В.В. Прокошев, 1988). При его недостатке снижается устойчивость растений к изменению водного режима, нарушается углеводный обмен и синтез белка, ослабляется иммунитет к патогенным воздействиям. В неблагоприятные по погодным условиям годы эффективность калийных удобрений на 30выше, чем в благоприятные годы.

На чернозёмных почвах тяжёлого механического состава, с высоким необменным поглощением, количество подвижных форм калия в почве при внесении удобрений не возрастало (Н.Г. Гупкало, Ю.К. Кудзин, 1964;

Ю.К. Кудзин, 1973). Эти работы послужили основанием для балансового расчёта потребности в калии культур севооборота. Был предложен коэффициент компенсации выноса калия урожаем, ниже которого не снижается продуктивность сельскохозяйственных культур. При низком содержание в почве К2О он составляет от -18% до +7%. При высоком содержании подвижного калия в почве этот критерий изменялся от -7% до -45%. Для зерновых культур оптимальным по данным А.В. Постникова, С.А. Шафран (1980), В.Д. Панникова и др. (1985) является содержание в почве 200-250 мг/кг почвы. В длительных полевых опытах установлено, что для увеличения обменного калия до 10 мг/кг почвы в Подмосковье требуется вносить 20-80 кг/га калия на 1 га посевов (Г.С.Липкина, 1990).

Если принять во внимание эти показатели, то и соответственно разница в применении калийных удобрений будет очень большая. Отсюда исследованиям причин подвижности калия в почве необходимо уделять достаточное внимание, наравне с азотом и фосфором, так как для каждой почвенной зоны свойственны свои специфические особенности в обеспечении почв питательными веществами.

Таким образом, интенсивность и глубина изменений параметров гумусового состояния почв зависит от сроков использования почв, климатических и агротехнических факторов. В почвах малогумусных применение органических и минеральных удобрений позволяет не только сохранить исходное плодородие, но и вести расширенное воспроизводство.

Применение минеральных удобрений сокращает потери органического вещества из почвы, стабилизирует его количество на первоначальном уровне.

Сидераты, включенные в севооборот многолетних трав, внесение органических удобрений способствуют увеличению его количества в почве, улучшают соотношение Сгк : Сфк. Одновременно происходит улучшение воднофизических, физико-химических свойств почв, снижаются потери питательных веществ.

Азотный режим почвы зависит от содержания в почве гумуса и условий его минерализации, предшественника, обработки почвы и других агротехнических мероприятий.

Содержание в почве подвижных форм фосфора и калия подвержено сильным изменениям и в значительной степени обусловлено влагообеспеченностью посевов, видом севооборотов, температурным режимом.

Многочисленные научные публикации по агрохимии почв и удобрений освещают в основном пути повышения урожайности сельскохозяйственных культур. Достаточно полно проанализированы работы по качеству продукции.

Значительно меньшее количество исследований направлено на установление взаимосвязи применяемых агротехнологий, видов севооборотов на продуктивность пашни и плодородие почв. В научных трудах по вопросам агрохимии азота, фосфора и калия в России и за рубежом не выявлены все особенности поведения почвенных фосфатов и калия, взаимосвязи критериев почвенного плодородия и эффективности удобрений в конкретных условиях.

В связи с этим, для решения проблемы более полного использования потенциальных возможностей почв и биохимических ресурсов требуется проведение соответствующих исследований.

1.2. Роль современных ресурсосберегающих технологий в повышении почвенного плодородия и эффективном ведении В последние годы в отечественном и зарубежном сельском хозяйстве широкое применение получили агротехнологии нового поколения, которые привели к существенным изменениям в приёмах возделывания сельскохозяйственных культур и способах воспроизводства почвенного плодородия.

Научно-практический опыт, накопленный в нашей стране и за рубежом, свидетельствует о том, что переход на системы земледелия нового поколения с современными технологиями возделывания сельскохозяйственных культур является не частной задачей, а носит характер крупной народно-хозяйственной проблемы, с решением которой связывается успешное развитие всего растениеводства на ближайшую перспективу.

Массовое освоение нового поколения технологий стало в настоящее время неотложной задачей не только потому, что в них аккумулированы последние достижения зарубежной и отечественной сельскохозяйственной науки и техники, но и с возможностью преодоления с их помощью трудностей, сложившихся в полеводстве (низкая доходность, изношенность парка машин и высокие темпы снижения почвенного плодородия).

Положение усугубляется большой затратностью традиционно сложившихся в земледелии технологий, основанных на постоянной вспашке и низкой окупаемостью вкладываемых в производство средств интенсификации.

Ресурсосбережение является важной составной частью научно обоснованной адаптивной стратегии интенсификации растениеводства. «Переход к адаптивному растениеводству, отмечает академик А.А. Жученко, предполагает в первую очередь, более широкое использование ресурсосберегающих технологий» (2004).

Освоению систем земледелия с технологиями, именуемыми в настоящее время ресурсосберегающими, предшествовал более чем вековой период научного обоснования, накопления практического опыта их использования (И.Е.Овсинский, 1890; З.Х.Фолькнер, 1956; Н.М. Тулайков, Т.С.Мальцев, 1971; А.И. Бараев, 1967, 1971 и др.).

Впервые идеи перехода к бесплужному земледелию получили распространение в России в 20-годах девятнадцатого века. В степях Украины И.И.Овсинский успешно применил поверхностную обработку почвы. Выступая за мелкую обработку почвы специально сконструированным культиватором, он отмечал: «Приверженцы старой системы портят землю своей обработкой, стараются свою ошибку замаскировать удобрениями и известкованием».

Большой вклад в развитие идей почвозащитного земледелия с использованием орудий безотвальной обработки почвы внесли видные учёные нашей страны академики Н.М. Тулайков, Т.С. Мальцев, А.И. Бараев.

Академик Н.М. Тулайков (1932), касаясь формирования новых приёмов агротехники в созданных в Поволжье крупных хозяйствах Зернотреста, впервые поставил в нашей стране задачу перехода в земледелии к агрегатным агротехническим приёмам (сочетанию предпосевной обработки почвы и посева), использованию стерни для снегозадержания, замену в необходимых случаях вспашки мелкими обработками почвы. Он отмечал: «Может быть нет никакой необходимости ежегодно подвергать землю известному циклу обработки, а лучше выдерживать определённый цикл агротехнических приёмов во времени, которые дадут возможность получить максимум того, что можно вообще ожидать от агротехнических приёмов» (1933).

В последующем идеи бесплужного земледелия получили широкую поддержку и обоснование в работах академиков Т.С. Мальцева и А.И. Бараева.

Оба автора выступали за отказ от постоянной отвальной обработки почвы, за сохранение стерни и других органических остатков на поверхности поля, придание решающей роли верхнему слою в питании растений и повышении почвенного плодородия.

А.И. Бараев писал: «Безотвальная обработка почвы с сохранением стерни имеет первостепенное значение в борьбе с засухой. Изменение системы обработки почвы, отказ от отвальной вспашки и переход на обработку почвы безотвальными орудиями могут значительно повысить урожай зерновых культур…» (1988).

Большое внимание совершенствованию систем полеводства и способов обработки почвы уделяли классики естествознания – В.В. Докучаев (1936), К.А. Тимирязев (1937), П.А. Костычев (1951) и др.

Особая роль при переходе на новые технологии отводится решению проблемы сохранения и повышения почвенного плодородия.

Основными мотивами, побудившими форсирование на современном этапе освоения новых технологий в мировой практике, стали задачи сохранения почвенного плодородия, предотвращение разрушительных процессов эрозии, деградации почв и дегумификации.

Ускорению действия этих отрицательных процессов способствуют широко применяемые интенсивные обработки почвы, вызывающие нарастание уплотнённости почв, ухудшение их агрофизических свойств, снижение содержания гумуса. На фоне повышенной уплотнённости и других отрицательных моментов традиционных механических обработок формируется плотная корка, крупные глыбы, трещины. На землях с длительным интенсивным сельскохозяйственным использованием чернозёмов с большим количеством обработок снижается ёмкость катионного обмена, возросла степень ненасыщенности почвы основаниями, сократилось содержание обменного калия, уменьшилась интенсивность гумусообразования (А.П.Щербаков, И.И. Васенев, В.Т. Лобков, 2001; Д.И.Щеглов, 1999).

По данным Самарской ГСХА (Г.И. Казаков, 1997) деформация почв под действием тяжёлых машин достигает глубины 0,6-1,2 м, создаётся подпахотный уплотнённый слой, резко ухудшаются физические свойства, водный и пищевой режимы. Плотность почвы после четырёх проходов трактора К- увеличивается на 18%, урожайность снижается на 17,4%.

В опытах И.А.Чуданова (2006), плотность верхнего слоя почвы (0-10 см) после 2-4 проходов трактора К-700 увеличилась с 1,13 г/см3 до 1,37-1,48 г/см3, возрастала и твёрдость почвы. В результате урожайность яровой пшеницы снизилась при двухкратном проходе К-700 на 21,2%, и при четырёхкратном – на 68,7%.

По обобщённым данным содержание гумуса на чернозёмах ЦЧП уменьшилось за последние годы на одну треть (А.П. Щербаков, И.Д. Рудай, 1983).

Ежегодные потери гумуса в Самарской области сложились на уровне 0,7 т/га, а по отдельным районам – более 1 т/га. За период с 1986 по 2004 гг.

удельный вес пахотных земель с низким содержанием гумуса повысился с до 44%, со средним снизился – с 50 до 45%, с повышенным – с 16 до 12%.

По мнению многих видных учёных почвоведов и экологов, усилившиеся в последние годы в десятки раз процессы деградации почв могут привести к глобальным отрицательным последствиям, когда восстановление утраченного плодородия будет возможно только за счёт крайне затратных мелиоративных мероприятий.

Одним из путей решения этой задачи является отказ от массовой вспашки полей с применением плуга, переход на широкое использование биологических средств воспроизводства почвенного плодородия.

Многочисленный отечественный и зарубежный опыт свидетельствует о том, что современные технологии с низкозатратными способами обработки почвы позволяют избежать ухудшения физических свойств, их переуплотнения, снизить темпы деградации почв.

Одной из особенностей современного земледелия, по мнению многих видных учёных почвоведов нашей страны, является ускорение темпов деградации почвенного покрова в результате длительного нерационального использования сельскохозяйственных земель (В.А. Рожков, В.Н. Батурин, 2006). Повсеместно отмечается усиление процессов эрозии, высокие темпы некомпенсируемых потерь гумуса, техногенное загрязнение и другое.

Требования ежегодного оборачивания слоёв почвы нередко связывается с процессами дифференциации пахотного слоя по плодородию. По мнению многих авторов (В.Р. Вильямс, 1951; Е.Н. Мишустин, 1968; А.Н. Лебедянцев, 1990; И.С. Сидоров, 1968, К. Гидройц, 1902 и др.), необходимость постоянной вспашки объясняется потребностью устранения дифференциации пахотного слоя по плодородию, необходимостью восстановления эффективного плодородия нижних слоёв почвы.

По данным Г.И. Казакова (1997), дифференциация по плодородию пахотного горизонта наступает в Поволжье по всем приёмам обработки почвы через 2,5-3 месяца. Вспашка способствует выравниванию эффективного плодородия, но не устраняет его различий полностью. Дифференциация проявляется в первые годы (3-5 лет), а в последующем уменьшение плодородия нижних слоёв затухает, а в верхнем оно сохраняется на более высоком уровне, чем по вспашке.

В настоящее время накоплено много экспериментальных данных свидетельствующих о том, что дифференциация пахотного слоя по урожайности, присущая не только минимальным обработкам без оборота пласта, но и вспашке, не является определяющим фактором при выборе тех или иных систем обработки и соответствующих им технологий.

В модельных полевых опытах Г.И. Казакова (1997) с насыпными слоями почвы самый высокий урожай получен на варианте, где почва рыхлилась только с поверхности на глубину 10 см, а нижележащие слои оставались на месте. При смене слоёв 0-10 и 10-20 см, складывающиеся при традиционной технологии с постоянной вспашкой, урожайность была ниже варианта с поверхностной обработкой на 10 см – на 16%. Вынос слоя 20-30 см на место 0см, привёл к снижению урожайности на 32%.

В опытах И.А. Чуданова и В.П.Васильева (1990, 2006) доля участия верхнего слоя почвы в формировании урожая яровой пшеницы составила 40%, среднего – 31,5% и нижнего – 28,5%. Наивысший урожай при моделировании пахотного слоя получен при естественном расположении слоёв пахотного горизонта. Перемешивание слоёв 0-10 и 10-20 см относительно друг друга снизило урожай на 5-6%, а вынос слоя 20-30 см на место 0-10 и 10-20 см – привело к уменьшению урожая на 15-17%. Следовательно, складывающаяся большая дифференциация пахотного слоя при минимальных обработках по плодородию не привела к снижению общей его продуктивности. По мнению авторов, приведённые данные о дифференциации отдельных частей пахотного слоя обыкновенного чернозёма и их роли в общем плодородии и формировании урожая не подтверждают необходимость ежегодной вспашки как способа восстановления плодородия нижней части этого слоя.

А.И. Бараев (1988), Н.И. Картамышев (1988) выступают за сохранение пахотного горизонта в нетронутом состоянии, без перемешивания слоев почвы, используя для повышения почвенного плодородия солому и другие органические остатки.

А.И. Бараев, касаясь динамики плодородия верхнего слоя почвы при бесплужных обработках, писал: «Исследования отдела агропочвоведения ВНИИЗХ показывают, что в результате непрерывной шестилетней безотвальной обработки этот слой почвы стал уже несколько более плодородным, чем на том же поле, но ежегодно обрабатываемом плугами с отвалами» (1988). Он считает, что даже при периодической вспашке, положительные свойства верхнего слоя будут утрачиваться. Поэтому, используя опыт зарубежных земледельцев, пахать отвальными плугами в аналогичных почвенно-климатических условиях, по его мнению, ни в коем случае нельзя.

Н.И. Картамышев (1988) отмечает, что при сохранении на длительный срок естественного расположения слоёв почв с мульчированием поля органическими остатками создаются условия для постепенного наращивания почвенного плодородия. Верхняя часть пахотного горизонта становится более плодородной, в ней сосредотачивается основная масса полезных микроорганизмов, корней растений, наиболее активно проходят все биологические процессы.

Мульчирующая обработка создаёт, по мнению Н.И. Картамышева, идеальные условия для сдвига системы «разрушения-накопления» в пахотном слое в сторону равновесия и далее в пользу её накопления, т.е. обеспечиваются условия для воспроизводства почвенного плодородия.

Полученные автором данные свидетельствуют о том, что сохранение стерни, соломы и других органических остатков на поверхности поля, особенно при технологиях прямого посева, создаёт благоприятные условия не только для восстановления, но и наращивания почвенного плодородия – увеличивается доля легкоподвижных форм гумуса, улучшаются физические свойства и водный режим почвы, формируется благоприятная биота.

По данным В.Г. Минеева (2004), солома, используемая на удобрение в современных технологиях, оказывает многостороннее влияние на почвенное плодородие. Она является источником углерода для образования гумуса, средством повышения биологической активности почвы, физико-химических свойств почвы, уменьшаются потери азота, повышается доступность фосфатов. По его мнению, при сочетании с внесением минеральных удобрений используемые в качестве сидератов бобовые культуры, и солома по действию на содержание гумуса в почве часто не уступают эквивалентному количеству навоза.

Большое влияние на развитие работ по обоснованию минимальных примов обработки почвы оказали новые подходы к формированию систем обработки почвы, ставшие научной основой для разработки менее затратных почво- энергосберегающих технологий возделывания сельскохозяйственных культур.

Важнейшими положениями новой концепции систем обработки почвы являются:

перспективность безотвального рыхления почвы с сохранением на поверхности поля стерни и пожнивных остатков, позволяющих обеспечить высокую эффективность по влагонакоплению и защите почвы от эрозии;

возможность перехода на почвах с оптимальными агрофизическими свойствами, без ущерба для урожая, к минимальным безотвальным и отвальным обработкам;

замена или сокращение количества механических обработок при уходе за посевами с использованием эффективных средств борьбы с сорняками:

перспективность комбинированных почвообрабатывающих и посевных агрегатов.

Научной основой для обоснования минимальной обработки почвы служит установленная закономерность – чернозёмные почвы с содержанием гумуса 3,5% и выше не нуждаются в постоянной вспашке и других глубоких обработках для регулирования агрофизических, агрохимических и биологических свойств.

Обоснованность таких подходов к формированию технологий нового поколения подтверждается многолетними исследованиями научных учреждений Поволжского региона (Самарского НИИСХ, Самарской ГСХА, Оренбургского ГАУ, Ульяновского НИИСХ). При переходе к минимальным и дифференцированным обработкам почвы не отмечено в большинстве случаев, при соблюдении всех элементов рекомендуемых технологий, ухудшения почвенного плодородия (В.А. Корчагин, 1997, 2005; В.А.Корчагин, А.И. Горянин, 2008; Н.А.Максютов, 1996; С.Н. Немцев, М.М.Сабитов, 2010 и др.).

В первую очередь установлено, что минимальные обработки почвы не приводят к ухудшению агрофизических свойств почвы (плотности сложения, агрегатного состава и др.).

На чернозёмных почвах минимальные обработки под зерновые, применяемые в сочетании с глубокими безотвальными обработками под пропашные, способны поддерживать оптимальную для большинства культурных растений плотность почвы под влиянием естественных факторов.

Чернозёмные почвы Поволжья обладают хорошими агрофизическими свойствами, структурные отдельности пахотного слоя составляют 60-70%. Содержание их при минимальных обработках почвы стабилизируется или даже повышается. Кроме того, структура чернозёмов обладает повышенной водопрочностью.

По данным И.А. Чуданова (2006), вспашка создаёт повышенную рыхлость почвы (плотность от 0,9 до 1 г/см3) которая ведёт к излишнему испарению влаги из почвы. При минимальных обработках, наоборот, складываются оптимальные условия сложения пахотного слоя (от 1,0 до 1,2 г/см3) для возделывания зерновых культур.

По многолетним наблюдениям Самарского НИИСХ (В.А. Корчагин, О.И. Горянин, 2003), плотность почвы на посевах зерновых по вспашке и при глубоком рыхлении составляет 1,05-1,10 г/см3, при мелких отвальных и безотвальных обработках на 12-14 см – 1,1-1,5 г/см3 и при поверхностных на 8см – 1,12-1,20 г/см3, т.е. по всем изучаемым вариантам показатели плотности почвы по минимальной обработке не выходят за пределы оптимальных значений. Не ухудшаются агрофизические свойства почвы на чернозёмах и при прямом посеве (без осенней обработки).

В опытах Самарской ГСХА, плотность пахотного слоя почвы на посевах озимых составила по вспашке 1,12-1,17 г/см3, по минимальным обработкам – 1,16-1,18 г/см3, на яровой пшенице соответственно по вариантам – 1,03-1,12 и 1,08-1,13 г/см3. При оптимальных значениях плотности почвы в этом регионе:

для озимых – 1,1-1,25 и для яровых зерновых – 1,0-1,2 г/см3 (Г.И. Казаков, 1997).

Продуктивность пашни в севооборотах при комбинированных системах обработки почвы с мелким рыхлением почвы на глубину 10-12 см в чистом пару и под яровые зерновые культуры оказалась одинаковой с вариантом, где применялась постоянная вспашка. При минимальных обработках почвы сохраняются в оптимальных пределах и показатели твёрдости почвы (5-6 кг/см2).

Новые технологии коренным образом меняют сложившиеся представления о путях воспроизводства почвенного плодородия, ориентированные в прошлом преимущественно на использование больших доз органических удобрений и интенсивных обработок почвы.

Накоплено достаточное количество данных, убедительно свидетельствующих о том, что технологии, с минимальными и комбинированными системами обработки почвы в сочетании с биологическими средствами воспроизводства почвенного плодородия, обеспечивая менее интенсивное разложение органических остатков, положительно влияют на баланс гумуса в почве, особенно при использовании на удобрение соломы.

Разработки оптимизационных моделей плодородия почв показали, что в зернопаровых севооборотах с минимальными обработками почвы в сочетании с систематическим применением в качестве органических удобрений соломы зерновых в почве складываются предпосылки для формирования положительного баланса гумуса (О.В. Терентьев, 2007).

В опытах Самарского НИИСХ (В.А. Корчагин, О.И. Горянин, 2006) отмечено по 29-летним наблюдениям снижение темпов минерализации гумуса при постоянных минимальных обработках в 2,5 раза по сравнению с ежегодной вспашкой.

По данным В.Г. Холмова (2009), за 10 лет при минимальной обработке почвы выявлена в 1,5 раза меньшая убыль содержания гумуса, чем на вспашке.

Снижение темпов минерализации гумуса под влиянием минимальных и комбинированных систем обработки почвы отмечается и в работах других исследователей – С.К. Мингалева (2004), В.И. Кирюшина, И.Н. Лебедевой (1982), Ф.Г. Бакирова (2008), А.Х. Куликовой (2006) и др.

По данным Ф.Г. Бакирова (2008), применение минимальных обработок в течение 12 лет способствовало повышению содержания гумуса в слое 0-10 см на 0,5% и в пахотном слое – на 0,25%, а при ежегодной отвальной вспашке снизилось на 0,19%.

По наблюдениям Л.В. Юшкевича (2002) расход органического вещества в почве протекает при ресурсосберегающих обработках более экономно. В результате при длительном (18-летнем) применении мелких плоскорезных обработок запасы гумуса возросли в слое 0-10 см по сравнению с отвальной обработкой на 0,49% и в слое 0-20 см – на 0,42%.

В опытах М.Г. Сираева (2000) безотвальные и комбинированные системы обработки почвы в Башкортостане повысили во второй ротации севооборота содержание гумуса по сравнению с исходным, на 0,22-0,24%.

Эффект положительного влияния новых технологий на почвенное плодородие резко усиливается при сочетании минимальных обработок на фоне использования соломы и других источников органических удобрений – сидератов, пожнивно-корневых остатков, посева в севооборотах многолетних трав.

На этих фонах значительно возрастает окупаемость применения минеральных удобрений (на 30-60%), снижаются ежегодные потери гумуса, повышается содержание в почве подвижного фосфора и обменного калия (А.П. Чичкин, 2008). Поэтому наиболее доступным приёмом, определяющим эффективность минимальных обработок как средства повышения почвенного плодородия, является их сочетание с использованием в качестве органических удобрений измельчённой соломы.

Химический состав соломы зерновых характеризуется высоким содержанием безазотистых веществ (целлюлозы, лигнина) и довольно низким содержанием азота и минеральных веществ. Недостаток азота для синтеза клеточного белка микроорганизмов может тормозить разложение соломы. При внесении различных источников азота целлюлозоразрушающие процессы усиливаются, увеличивается выход гумусовых веществ и ускоряется процесс их синтеза. По данным многих исследователей (В.Г. Минеев, 2004;

З.П. Карамшук, 1982 и др.), целлюлоза разрушается в 5-6 раз более активно при внесении аммиачных и нитратных солей в сравнении с контролем (без внесения азота).

В почве при внесении соломы усиливается не только целлюлозоразлагающая, но и общая биологическая активность почвы. Особенно отчётливо биологическая активность почвы усиливается через 1-1,5 месяца после заделки соломы.

Внесение в почву соломы повышает несимбиотическую азотфиксацию атмосферного азота. В стационарных опытах азотфиксация молекулярного азота атомсферы достигает 10-18 кг азота на 1 т соломы.

По данным В.Г. Минеева (2004) особенно важную роль при этом приобретает отношение С:N в органическом материале. При его разложении не наблюдается ни обогащения, ни обеднения почвы минеральным азотом, если С:N 20-30. В случае С:N 30) резко увеличивает скорость иммобилизации азота в почве, так как развивающимся микроорганизмам не хватает азота, разлагаемого органического вещества и они поглощают минеральный азот почвы.

При внесении в почву соломы бобовых иммобилизация азота происходит медленнее, максимальное значение наступает через 17-30 дней после внесения соломы.

Степень закрепления азота в органической форме возрастает с увеличением массы внесённой соломы. На фоне нитратного азота процессы минерализации и иммобилизации равны, при внесении аммиачного азота преобладают процессы закрепления азота в органической форме. Однако это довольно существенное количество азота не пропадает даром, т.к. высвобождаемые после иммобилизации и стабилизации они почти полностью используются последующими культурами.

По мнению многих исследователей (М.И. Сидоров, Н.И. Зезюков, 1992;

А.Х. Куликова, 1997 и др.) запахивание соломы снижает степень использования внесённых удобрений в первый год, но существенно повышает их последействие (почти в 2 раза). В проведённых исследованиях заделка соломы в количестве 5 т/га в первый год заметно снижает степень использования растениями азота удобрений, причём аммиачных в значительно большей степени, чем нитратных.

Интенсивность разложения соломы в почве, используемой на удобрение, определяется её химическим составом, температурой и влажностью почвы. В первую очередь разлагаются наиболее доступные для микроорганизмов компоненты соломы: пектиновые вещества, пентозаны, сахара, белки.

Целлюлоза оказывает более длительное и глубокое воздействие на состояние биологического равновесия в почве. Гумусовые вещества образуются при разложении этой составляющей соломы. В конце процесса гумификации наблюдается развитие актиномицетов, которые способны использовать трудноразлагаемые компоненты растительных тканей, а также новообразованные гумусовые вещества.

Скорость микробного разложения соломы в почве определяется многими факторами: наличием в почве источников питания для микроорганизмов, типом почвы, её окультуренностью, температурой, влажностью, аэрацией.

Многочисленные экспериментальные данные свидетельствуют о том, что систематическое сохранение стерни, соломы и других органических остатков на поверхности поля, особенно при технологиях прямого посева, создаёт благоприятные условия не только для восстановления, но и наращивания почвенного плодородия – улучшается водный режим почвы, увеличивается доля легкоподвижных форм гумуса, изменяются в положительную сторону физические свойства почвы, формируется благоприятная биота.

Использование в качестве удобрения соломы может считаться одним из способов снижения потерь азота из почвы (улетучивание азота, вымывание нитратов). В полевых опытах потери азота из (NН4)2SО4 – сульфата аммония при внесении соломы снижались с 26,3 до 5,1%.

Существенное влияние на баланс гумуса оказывает систематическое применение минеральных удобрений. По данным И.Ф.Храмцева (2009), за четыре ротации севооборота содержание гумуса при внесении удобрений повысилось против исходного на 0,38%, а в сравнении с неудобренным вариантом на 0,56%. При этом превышение запасов органических остатков в пахотном слое почвы по сравнению со вспашкой составило 1,4-1,8 т/га.

Достоверное повышение в содержании органического вещества под воздействием удобрений, особенно на фоне почвозащитных обработок, свидетельствуют о том, что на этих фонах складываются условия не только для стабилизации почвенного плодородии, но и его расширенного воспроизводства.

Положительное влияние удобрений на содержание гумуса, при длительном их применении, по мнению многих авторов (Г.П. Гамзиков, 2009;

А.П.Чичкин, 2001 и др.), связано с большим накоплением органических остатков.

По многолетним данным Самарского НИИСХ (В.А. Корчагин, 2006) рациональное сочетание при ресурсосберегающих технологиях агротехнических и химических средств борьбы с сорняками обеспечивает эффективную борьбу с ними и при минимальных способах обработки почвы. Засорённость посевов яровых зерновых культур весной до обработки гербицидами составила в среднем по зернопаровому севообороту при постоянной вспашке 50,7 шт./м2, в том числе при минимальных обработках – от 40,6 до 52 шт./м2, многолетними сорняками соответственно – 3,1 и 2,5-3,7 шт./м2.

При систематическом применении минимальных обработок почвы в сочетании с применением эффективных гербицидов в освоенных зернопаровых севооборотах складываются лучшие по сравнению с традиционной технологией условия для очищения пахотного слоя от семян сорняков.

В опытах Самарского НИИСХ (В.А. Корчагин, 2005) содержание нитратов в пахотном слое колебалось весной по отдельным полям зернопарового севооборота при постоянной вспашке от 21,8 до 38,3 мг/кг почвы, а при минимальных обработках – от 22,2 до 36,1 мг. Количество подвижного фосфора составило по вспашке от 14,0 до 16,6 мг/100г почвы, а при постоянной минимальной обработке – от 16,0 до 23 мг. Более высоким было при минимальных обработках почвы и содержание обменного калия.

Установлено, что при системном подходе к формированию технологий нового поколения обеспечивается одинаковая продуктивность севооборотов с контролем. В среднем за 2000-2009 гг. урожайность зерновых культур в опытах Самарского НИИСХ составила при технологии с постоянной вспашкой 18,4 ц/га, а с минимальными и дифференцированными обработками 18,4ц/га (В.А. Корчагин, О.И. Горянин, 2009).

Результаты исследований в Самарском НИИСХ по эффективности минимальных систем обработки подтверждаются итогами работ по этим вопросам, выполненными в Самарской ГСХА, НИИСХ Юго-Востока, Башкирском НИИСХ и других научных учреждениях (Г.И. Казаков, 1990, 2010;

Ю.Ф. Курдюков, З.М. Азизов, 1999; М.Г. Сираев, 2000 и др.).

По данным НИИСХ Юго-Востока, в чернозёмной степи Саратовского Правобережья минимальная обработка почвы на глубину 12-14 см под озимую и яровую пшеницу не ухудшили водный, пищевой режимы и биологическое состояние почвы. В результате при минимальной обработке почвы были получены одинаковые урожаи этих культур в сравнении со вспашкой при экономии затрат на обработку почвы на 30-40% (Ю.Ф. Курдюков, 2001).

Положительные результаты от применения минимальной обработки почвы получены на чернозёмных почвах степных районов Башкортостана (М.Г. Сираев, 2000). Поверхностная осенняя обработка почвы на 8-10 см под озимые и яровые зерновые культуры в сочетании в севообороте с глубокими безотвальными обработками под пропашные обеспечили оптимальные показатели плотности почвы на уровне 1,14-1,16 г/см3 и пористости – 54-56%.

На типичном чернозёме Предуральской степи Башкирии продуктивность севооборотов с минимальной обработкой оказалась выше на 8,8%, а в Зауральской степи – одинаковой со вспашкой.

В зернопаропропашных севооборотах Поволжья и Южного Урала наиболее оправданы дифференцированные системы с мелкими (до 12-14 см) обработками под зерновые и с безотвальным рыхлением под пропашные культуры (Н.В. Кислов, 2007; Ю.Ф. Курдюков, З.М. Азизов, Г.А. Куликова, 1999;

Г.И. Казаков, 1990 и др.).

Многолетние данные Самарского НИИСХ показывают, что при минимальных и дифференцированных системах обработки почвы с использованием комбинированных агрегатов при одинаковой продуктивности пашни в сравнении со вспашкой обеспечивается значительная экономия материальных и трудовых затрат. В среднем за 23 года урожайность зерновых при зернопаропропашном севообороте, где применялась постоянная вспашка и постоянная минимальная обработка составила – по 22,8 ц/га, и при дифференцированной обработке (сочетание вспашки с минимальными обработками) – 22,4 ц/га. Экономия прямых затрат при минимальной обработке составила 36-68%, расход топлива снизился с 17,6 до 5-6 кг/га (И.А. Чуданов, 2006; В.А. Корчагин, О.И. Горянин, 2008).

Таким образом, многолетние исследования Самарского НИИСХ и других научных учреждений степных районов Среднего Поволжья показывают, что технологии с минимальными обработками почвы с использованием комбинированных почвообрабатывающих и посевных агрегатов взамен постоянных плужных обработок в большей степени, чем традиционные, соответствуют задачам рационального ведения земледелия в степных районах. Они способствуют сохранению почвенного плодородия, позволяют резко снизить трудовые и материальные затраты, эффективнее использования удобрения и средства защиты посевов.

В степных районах Среднего Поволжья в специализированных зернопаровых севооборотах короткой ротации перспективны технологии возделывания зерновых с постоянными минимальными обработками почвы. По данным Самарского НИИСХ, такая технология позволяет, при равной урожайности зерновых культур со вспашкой, снизить прямые затраты в среднем на 23,0%, расходы ГСМ на 34,8%, повысить чистый доход на 420-500 руб./га (В.А.Корчагин, О.И. Горянин, 2008).

В результате проведённых в Самарском НИИСХ исследований вместо классических технологий, основанных на постоянной вспашке, предлагаются новые с дифференцированными и минимальными обработками почвы, с точно дозированным применением удобрений и средств защиты посевов, использованием биологических средств воспроизводства почвенного плодородия. В зерновых севооборотах короткой ротации наиболее оправданы минимальные обработки почвы во всех полях севооборотов.

В степных районах складываются наиболее благоприятные условия на минимальные обработки почвы при возделывании озимых по чистым парам.

Многолетние данные показывают, что озимые, размещённые по этому предшественнику, обеспечивают одинаковый урожай как по вспашке, таки по минимальным отвальным и безотвальным обработкам. При этом гарантировано высокий эффект достигается при низких затратах на удобрения и средства защиты растений.

Переход в Поволжье в первоочередном плане на минимальные способы подготовки паровых полей, особенно в условиях сложившегося за последние годы значительного роста посевов озимых культур, мог бы стать отправной точкой для массового освоения новых технологий.

В этой связи заслуживает внимания предлагаемый многими исследователями переход в степных районах Поволжья и Южного Урала на специализированные полевые севообороты на производстве зерна с чистыми парами короткой ротации. Несомненно, производство зерна в таких севооборотах при новых технологиях будет экономически наиболее выгодным, особенно при минимуме техногенных затрат.

Однако, в связи с высоким удельным весом чистого пара, обуславливающего интенсивный расход гумуса, возникает необходимость в привлечении специальных мер для устранения диспропорции в расходе и восполнении органического вещества в почве путём введения в посевы сидератов, использования соломы на удобрения, выводных полей многолетних трав. Отсутствие подобных специальных мер приводит, по данным НИИСХ Юго-Востока (Н.И.Фирсов, 2003), к снижению плодородия почвы в таких севооборотах.

По мнению большинства исследователей под пропашные – преимущество имеют глубокие обработки. В связи с этим в зернопаропропашных севооборотах признано считать наиболее оправданными технологии с дифференцированными системами обработки: с мелкими (до 12-14 см) под зерновые и с глубокими – под пропашные культуры.

Принципиально важным моментом, который может оказать решающее влияние на результаты внедрения новых технологий – это правильный подход к методам их разработки и освоения. Нельзя повторять ошибок прошлых лет, когда технологии с бесплужным возделыванием сводились только к смене способа обработки почвы, не заботясь об устранении возможного засорения посевов, особенно в условиях низкой культуры земледелия и устранения других негативных моментов минимальных обработок почвы.

В связи с особыми условиями возделывания сельскохозяйственных культур, складывающимися при посеве их по минимальным обработкам или без осенних обработок почвы, изменяются и требования к севооборотам, способам внесения удобрений, использованию средств защиты растений, подбору системы машин, сортов.

В Самарском НИИСХ на основе накопленного многолетнего экспериментального материала предложена построенная на принципиально новой основе модель формирования технологий в рамках технологических комплексов возделывания зерновых для чернозёмной степи Среднего Поволжья (В.А. Корчагин, 2006).

Она включает следующие элементы, которые должны стать обязательными составными частями новых технологий:

полевые зернопаровые и зернопаропропашные севообороты короткой ротации (4-6 полей);

минимальные и дифференцированные системы обработки почвы с использованием комбинированных почвообрабатывающих и посевных агрегатов;

ресурсосберегающие способы применения удобрений в сочетании с использованием биологических методов воспроизводства почвенного плодородия (соломы, сидератов, биопрепаратов и др.);

экологически безопасная интегрированная система защиты растений с использованием новых эффективных препаратов;

система машин, основанная на энергонасыщенных колёсных тракторах и комбинированных машинах нового поколения;

приспособленные к стрессовым факторам и современным технологиям новые сорта зерновых с гарантированно высоким качеством зерна.

Только подобный системный подход и строгое соответствие предлагаемых технологий природно-климатическим и хозяйственным условиям могут гарантировать успех их освоения. Игнорирование этого единственно правильного подхода, некомплексное использование отдельных звеньев технологий (мелкая обработка без организации эффективной защиты посевов от сорняков и др.) приведут к их дискредитации.

Многолетние исследования Самарского НИИСХ свидетельствуют о перспективности разработки и освоения нового поколения современных технологий возделывания зерновых культур, в которых экономным способам подготовки почвы и посева соответствуют правильно выбранные севообороты, способы обработки почвы, предлагается рациональное применение удобрений и средств защиты растений, новые системы машин и адаптивные сорта.

В Самарском НИИСХ, на основе изложенных выше принципов формирования технологических комплексов, созданы, прошли государственное испытание и рекомендованы для включения в Региональные регистры новых технологий ресурсосберегающие технологии возделывания озимой и яровой пшеницы и других яровых зерновых культур.

Основные составляющие новой технологии возделывания озимой пшеницы, разработанные в Самарском НИИСХ:

размещение в полевых севооборотах по чистым парам;

минимальная основная обработка почвы или отказ от осенних обработок с заменой механических средств борьбы с сорняками применением быстроразлагающихся гербицидов сплошного действия;

весенне-летняя обработка комбинированными почвообрабатывающими орудиями (ОПО-4,25 и др.), посев комбинированными посевными машинами;

рядковое удобрение и подкормка посевов;

уход за посевами (обработка гербицидами при развитии сорняков);

прямое комбайнирование с измельчением соломы;

использование адаптивных к новым технологиям сортов.

Новые технологии коренным образом изменяют условие выращивания озимой пшеницы – улучшаются агрофизические свойства, водный и пищевой режимы, повышается почвенное плодородие, значительно экономятся материально-технические ресурсы.

Многолетние данные Самарского НИИСХ (В.А. Корчагин, 1995) показывают, что озимые, размещённые по чистому пару, обеспечивают одинаковый урожай, как по вспашке, так и по минимальным отвальным, безотвальным и нулевым обработкам. При этом гарантированно высокий эффект достигается при низких затратах на удобрения и средства защиты растений.

По данным Самарского НИИСХ (В.А.Корчагин, Г.И.Шаяхметов, О.И.Горянин, 2011), прямые затраты при ресурсосберегающих технологиях возделывания озимых культур с минимальными приемами обработки почвы снижаются на 15-20%, на 1/3 сокращается расход топлива, на 49% уменьшаются затраты трудовых ресурсов.

При полном освоении энергосберегающих технологий возделывания озимой пшеницы по Самарской области производственные затраты снизятся на 330-380 млн. руб., расход горючего сократится на 18-20 тыс.т (В.А. Корчагин, С.Н. Шевченко, Г.И. Шаяхметов, 2009).

Почво- и энергосберегающие технологии возделывания яровой пшеницы включают:

посев после озимых, размещенных по чистым парам и пропашным культурам;

минимальная обработка комбинированными орудиями с двухфазной обработкой (дискование после уборки озимых и кукурузы с целью улучшения качества работ, подавления всходов падалицы, сохранения влаги выпадающих в летне-осенний период осадков);

интенсивная защита посевов от сорняков, болезней и вредителей;

стартовые дозы азотных удобрений для предотвращения иммобилизационных процессов при разложении соломы;

внесение основного и рядкового удобрения;

использование комбинированных посевных и почвообрабатывающих посев адаптивных к новым технологиям сортов (Тулайковская 5, Тулайковская золотистая и др.);

уборка прямым комбайнированием с измельчением соломы.

Возделывание яровой пшеницы по новым технологиям, основанным на минимальных обработках почвы и использовании комбинированных агрегатов, позволяет проводить весенне-полевые работы в более короткие сроки, создаёт условия для более эффективного использования влаги, обеспечивает значительную экономию затрат.

Уменьшение количества проходов по полю тракторов и сельскохозяйственных машин создаёт хорошие предпосылки для улучшения агрофизических свойств – сохраняется оптимальное сложение почвы, обеспечивается её благоприятный структурно-агрегатный состав.

По данным Самарского НИИСХ, новые технологии возделывания яровой пшеницы с минимальными обработками почвы, не снижая продуктивности пашни, экономят прямые затраты на 30-40%, снижают расход топлива в 1,5-2 раза против базовой с постоянной вспашкой, обеспечивают рост рентабельности производства зерна на 20-30% (В.А.Корчагин, 2006).

Особое значение применительно к степным районам Среднего Поволжья приобретает разработка технологий прямого посева, основанных на отказе от осенних и весенних обработок.

По мнению Х.П. Аллена (1985) положительными сторонами прямого посева являются экономия времени, рабочей силы, топлива, денежных средств, посев культур в лучшие оптимальные сроки. Кроме того, при прямом посеве сводятся к минимуму потери влаги из почвы за счёт испарения, лучше сохраняется органическое вещество почвы в верхнем слое, уменьшается риск проявления водной и ветровой эрозии, предотвращается разрушение структурных агрегатов.

По данным многих зарубежных и отечественных учёных, минимальная обработка и отказ от осенней обработки способствуют созданию на поверхности поля мульчирующего слоя из растительных остатков, сокращающего непроизводительные потери влаги от испарения. Этому способствует использование комбайнов с измельчителями соломы. Мульчирование играет важную роль «степного войлока».

Возрастающая в последние годы тенденция применения прямого посева за рубежом связана не только с возможностью обеспечения максимальной экономии энергетических и трудовых затрат (на 60% и более), но и с требованиями защиты почв от эрозии, сокращения потерь гумуса (Г.Т. Кант, 1980).

Широкому применению технологий прямого посева способствуют также непрерывно возрастающий ассортимент комбинированных посевных машин для выполнения таких работ, хорошо налаженное производство специальных гербицидов, накапливается положительный практический опыт освоения подобных технологий.

Прямой посев резко меняет условия развития растений и поэтому, для того, чтобы обеспечить его эффективное использование, потребуется вводить новый соответствующий ему комплекс технологических мероприятий. По мнению Г. Канта, есть 10 предпосылок для гарантированного успеха прямого посева – технологические (машины прямого посева), химические (повышенные дозы удобрений, гербициды), биологические (подходящие культуры, сорта, предшественники и севообороты).

Первые исследования по оценке эффективности технологий прямого посева, проведённые в Среднем Поволжье и на Южном Урале, не привели к положительным результатам.

В Самарском НИИСХ испытания проводились в течение 6 лет (1976Весной перед посевом на таких полях осуществлялась культивация почвы тяжёлыми противоэрозионными культиваторами КПЭ-3,8 и др., посев сеялками СЗС-2,1.

Недобор урожая яровой пшеницы на посевах без осенней обработки по сравнению со вспашкой составил 1,6 ц/га, ячменя – 1,9, овса – 2,6 ц/га (И.А.Чуданов, 2006).

В опытах Самарской ГСХА (Г.И.Казаков, 1990) технология с отказом от осенней обработки во всех зонах области снизила урожайность яровых зерновых культур (в лесостепи на 1,4-2,6 ц/га, в переходной зоне – на 1,5-3 ц/га и в степи – на 1,4-2,5 ц/га).

По данным Оренбургской сельскохозяйственной академии (А.В.Кислов, 2002), урожайность яровых зерновых культур при нулевой обработке снижалась по сравнению со вспашкой на 2,1-2,7 ц/га.

Основными причинами недобора урожая яровых зерновых по необработанным с осени полям по сравнению со вспашкой явились повышение засоренности посевов, ухудшение пищевого режима, отсутствие приспособленных для прямого посева комбинированных посевных агрегатов.

Многолетние исследования Самарского НИИСХ свидетельствуют о перспективности технологий прямого посева зерновых в степных районах Среднего Заволжья (В.А. Корчагин, С.Н. Шевченко, О.И. Горянин, В.Г. Новиков, 2008).

Чернозёмные почвы этого региона имеют благоприятные агрофизические свойства, не требующие интенсивного рыхления. Негативные стороны отказа от осенней обработки могут быть в значительной степени устранены применением специально подобранных технологических комплексов с минеральными удобрениями и эффективными средствами защиты посевов от сорняков.

За годы испытаний (1998-2007) в Самарском НИИСХ разработана зональная технология прямого посева зерновых для степных районов Среднего Поволжья, которая прошла государственное испытание и рекомендована для включения в региональный регистр новых технологий.

Особое внимание при разработке и освоении таких технологий уделялось:

переходу на зернопаровые севообороты короткой ротации;

подбору и использовании наиболее эффективных гербицидов, в том числе гербицидов сплошного действия (Раундап, Ураган-форте и др.);

обеспечению оптимального питания растений с переходом на новые способы внесения сыпучих и гранулированных удобрений (локальные, локально-ленточные), а также на жидкие комплексные удобрения;

применению специальных комбинированных машин для прямого посева, осуществляющих одновременно предпосевную подготовку почвы, внесение стартового и основного удобрения, посев и послепосевное прикатывание;

использование новых сортов, устойчивых к стрессовым факторам.

В опытах Самарского НИИСХ при подобном подходе к формированию прямого посева не было отмечено ухудшения, по сравнению с технологией с постоянной вспашкой, основных параметров почвенного плодородия, снижения урожайности.

В среднем за 8 лет (2000-2007 гг.) плотность почвы на посевах яровой пшеницы в зернопаропропашном севообороте с ежегодной вспашкой составила 1,07 г/см3, при прямом посеве – 1,03 г/см3. Аналогичные результаты при оценке агрофизических свойств при прямом посеве получены в Оренбургском ГАУ (Ф.Г. Бакиров, В.В. Каракулев, В.Д. Вибе, 2006).

По данным Самарского НИИСХ (2000-2007 гг.) запасы доступной влаги в метровом слое на посевах без осенней обработки увеличились на 18% благодаря большему накоплению снега и лучшему сохранению осенних осадков.

Содержание подвижного фосфора при прямом посеве было большим, чем по традиционной технологии на 20%, обменного калия – на 25%, сохраняется высокая биологическая активность почвы. При использовании комплекса смесевых препаратов в сочетании с гербицидами сплошного действия (Раундап и др.) не отмечено увеличения засорённости посевов.

В среднем за две ротации зернопарового севооборота, общий сбор зерна составил при традиционной технологии 124,3 ц, при ресурсосберегающей технологии с прямым посевом – 123,6 ц (В.А. Корчагин, С.Н. Шевченко, О.И. Горянин, В.Г. Новиков, 2008). Применение технологий прямого посева снижает прямые затраты в 1,7 раза, расход топлива в 2,2 раза, чистый доход возрастает в 2,8 раза.

При освоении новых энергосберегающих почвозащитных технологий важно не только сформировать в принципиальном плане технологические комплексы, но и удачно подогнать их к природным и экономическим условиям конкретных регионов и хозяйств.

Академик Н.М. Тулайков (1938), касаясь разработки практических примов агротехники, отмечал, что огромное разнообразие природных условий и их сочетаний во времени и пространстве совершенно неизбежно предрешает необходимость почти такого же разнообразия приёмов агротехники для отдельных районов.

В Самарском НИИСХ, с учётом особенностей климата и почв, перспективных систем обработки почвы и степени подверженности земель эрозии, предлагаются три зональных комплекса (В.А. Корчагин, 2008).

в северной зоне – где много склоновых земель, минимальная обработка должна применяться в сочетании с противоэрозионными приемами;

в центральной зоне – наиболее перспективны технологии с минимальной мульчирующей обработкой, обеспечивающей перемешивание почвы с пожнивными остатками и соломой;

в южной сухостепной зоне – наиболее приемлемы технологии с минимальными обработками почвы с сохранением стерни на поверхности поля.

Особое значение приобретает при освоении новых технологий правильный выбор системы машин. Предстоит провести в предельно короткие сроки полное техническое перевооружение всего растениеводства. На смену устаревшим техническим средствам должно прийти новое поколение машин, удовлетворяющее требованиям современных технологий.

Важную роль в экономии затрат имеет использование в новых технологиях комбинированных почвообрабатывающих и посевных агрегатов. По данным Самарского НИИСХ (В.А.Корчагин, С.Н.Шевченко, Г.И. Шаяхметов, 2009), затраты на обработку почвы и посев при технологиях с комбинированными агрегатами с использованием минимальной обработки почвы в 1,6-2 раза ниже, чем при традиционных, а при прямом посеве – в 3 раза и расход топлива, соответственно – в 2,7-2,9 и 6,5 раз.

Таким образом, обзор результатов исследований, проведённых научными учреждениями Среднего Поволжья и Южного Урала, свидетельствуют о перспективности широкого применения в этих регионах современных технологий нового поколения с почвозащитными экономными системами обработки почвы в сочетании и другими элементами адаптивных систем земледелия. Такие технологии в большей степени, чем применяемые в настоящее время, соответствуют задачам рационального ведения земледелия в степных районах Среднего Поволжья. При равной продуктивности пашни они создают принципиально новые условия для воспроизводства почвенного плодородия, позволяют резко снизить затраты, сделав производство зерна устойчиво рентабельным и конкурентоспособным.

Однако в литературных источниках недостаточно данных о влиянии длительного применения технологий нового поколения на агрохимические показатели почвенного плодородия и биологические свойства почвы. Крайне ограниченны данные на региональном уровне о влиянии разных типов строения пахотного слоя, формируемого способами обработки почвы, в специальных полевых опытах, на продуктивность севооборотов и динамику почвенного плодородия.

В связи с этим, нашими исследованиями ставилась задача научно обосновать наиболее приемлемое для обеспечения высокой продуктивности и воспроизводства почвенного плодородия строение пахотного слоя почвы в разных полевых севооборотах, создаваемое разными системами обработки почвы.

Ставилась также задача выявить влияние длительно применяемых в севообороте технологий нового поколения с минимальными обработками на основные агрохимические показатели почвенного плодородия.

2. ПОЧВЕННО-КЛИМАТИЧЕСКИЕ УСЛОВИЯ

СРЕДНЕГО ЗАВОЛЖЬЯ, МЕТОДИКА И СОДЕРЖАНИЕ

ИССЛЕДОВАНИЙ

Невысокий уровень поступления в почву органического углерода, большие затраты энергии почвы на минерализацию пожнивно-корневых остатков с умеренным и широким отношением С:N, в сочетании с интенсивным потреблением минерального азота растениями приводят к отрицательному балансу гумуса во всём генетическом профиле неудобряемой почвы и с применением минеральных систем удобрения.

Левобережная часть Самарской области (Заволжье) по общей схеме геоморфологического строения представляется как западное крыло крупных тектонических поднятий Бугульминско-Белебеевской возвышенности и Общего Сырта, понижающегося и затем сменяемое обширной Предволжской впадиной с долиной реки Волги.

Наиболее приподнятой является северо-восточная часть области, именуемая Высоким Заволжьем. Она представляет собой систему массивных плосковершинных, а местами узких гребневидных междуречий, вершины которых располагаются на близких гипсометрических уровнях (от 180-250 до 300 м над уровнем моря). На всей территории Высокого Заволжья широко распространены карстовые формы рельефа.

На более низких высотных уровнях (около 50 м) вдоль реки Волги располагаются менее развитые, прерывистые надпойменные террасы верхнечетвертичных эрозионно-аккумулятивных генераций, связанных с последними стадиями оледенения севера Русской равнины.