С.И. Коржов, Т.А. Трофимова, В.А. Маслов

ФГОУ ВПО «Воронежский государственный аграрный университет им. К.Д.Глинки», г. Воронеж, Россия

Введение

Плодородие почвы формируется в результате системного взаимоопределяющего действия множества биологических и абиотических факторов. При этом изменение одного из них определяет направленность действия другого и системы в целом. Развитие системы воспроизводства плодородия почвы идет от простого к сложному, а интегрирующим показателем является урожай возделываемых культур.

Сохранение и расширенное воспроизводство почвенного плодородия стало острейшей проблемой земледелия. За последние 20-25 лет почти повсеместно в почвах нашей страны уменьшилось содержание гумуса в среднем на 0,4 % (Ковда В.А., 1980). При падении гумусированности почв снижается эффективность минеральных удобрений и других средств химизации. Анализ материалов исследований, проведенных на черноземах разных подтипов (оподзоленных, выщелоченных, типичных, обыкновенных), показывает, что потери гумуса в распахиваемых почвах по сравнению с целиной составляют 10-30 % (Гамзиков Г.Н., Кулагина М.Н., 1990). Особенно активно разрушается гумус черноземов. Чем больше содержится в почве гумуса, тем больше и активнее он минерализуется.

Основа повышения плодородия почв, роста производства высококачественного зерна, кормов и другой продукции растениеводства -рациональное и эффективное использование ресурсов органических удобрений, служащих незаменимым источником органического вещества для воспроизводства гумуса. Забота об охране почв, их плодородия стала одной из основных экологических проблем современности. Постоянное воспроизводство почвенного плодородия - это не только решение продовольственной проблемы, это забота о будущих поколениях людей.

В настоящее время важно получать с единицы пахотной площади все больше продукции, но это возможно при одном обязательном условии: постоянно заботится о расширенном воспроизводстве почвенного плодородия. Это условие обеспечивает экологическую устойчивость всего живого, всей биосферы планеты. Это необходимость, вызванная как социально - экономическими, так и экологическими причинами, обусловленными ходом исторического развития.

Результаты и обсуждения

Для агробиологической оценки агроприемов предполагается выбор значимых биологических, агрохимических и агрофизических показателей характеризующих состояние плодородия почвы. Их значимость определяется воздействием на уровень плодородия в пределах 55-95%. Значимость этих показателей возрастает, если учитывать в качестве контроля исходное их содержание в 1921 году, при образовании
опытной станции Воронежского ГАУ, и промежуточное в 1972 году, при закладке стационарного опыта кафедры земледелия. Для этого были использованные данные, полученные К.Д. Глинкой и Н.И. Зезюковым.
При таком сравнении сорока восьми показателей оцениваемых нами агротехнических приемов, приведенных на схеме, было установлено, что стабилизации плодородия почвы не наблюдается, а происходит снижение уровней показателей плодородия. И наиболее резко это происходит в бессменных посевах и парных комбинациях различных культур.

Таким образом, использование того или иного контроля позволяет оценивать на перспективу агротехнические приемы с учетом их затрат. Положительный эффект может проявляться на краткосрочном отрезке времени. На длительную перспективу следует использовать исходные показатели (прошлых лет), что потребует меньших капитальных и материально-технических вложений.

Для оценки влияния различных приемов повышения плодородия почвы нами был разработан алгоритм, который позволил выделить 3 этапа в оценке агроприемов, позволяющие их характеризовать на ближайшую, среднюю и дальнюю перспективу. При этом ближайшую перспективу следует считать 3-10 лет, среднюю 11-20 и дальнюю более 20 лет.

На основе такой оценки существующие стационары России (по оценке влияния агротехнических приемов на плодородие почвы) можно разделить на 3 группы - снижающие, стабилизирующие и воспроизводящие. При этом достоверность такой оценки возрастает к исходному и промежуточному контролю, если срок действия таких приемов составляет 20 и более лет.

На основании данного алгоритма нами предлагается общая концепция состояния почвенного плодородия черноземов.

Если использовать общепринятые контроли 1998-2003 гг., то в изменении уровней плодородия, изучаемых агроприемов, можно отметить не только отрицательную, но и положительную тенденцию. Семь вариантов повышают плодородие почвы, а шесть - сохраняют его, остальные тридцать пять снижают плодородие чернозема выщелоченного.

Таблица 1 - Характеристика агротехнических приемов воспроизводства плодородия черноземов

Варианты	Содержание гумуса в слое почвы 0-30 см, %
Повышающие плодородие
Залежь с 1946 года	4,85
Люцерна 6-ти лет жизни	4,72
Пар занятый - оз.пш. - сах. свекла - люцерна 1 г.п. - люцерна 2 г.п. - кукуруза на силос - ячмень	4,55
Пар занятый -оз.пш. -сах. свекла - люцерна 1 г.п. - люцерна 2 г.п. - кукуруза на силос - соя	4,43
СП + NPK(200) + Суд + Н + Ся	4,40
СП + NPK(200) + Суд + Н + Соп + Ся	4,35
ЗП + NPK(200) + Ск + Н + Соп	4,34
Поддерживающие плодородие
СП + NPK(350) + Ск + Соп + Д	4,30
ЗП + NPK(200) + Ск + Н	4,29
СП + NPK(200) + Суд + Соп + Ся	4,28
СП + NPK(100) + Суд + Соп + Ся	4,27
Пар сидеральный-оз. пшеница.-сах. свекла-горох-оз. пшеница.-кукуруза на силос-ячмень	4,27
СП + NPK(3500) + Суд + Соп + Ся	4,26
Снижающие плодородие
ЗП + NPK(350) + Ск + Соп + Д	4,23
ЗП + NPK(350) + Ск + 2Соп	4,22
ЗП + NPK(350) + Ск + Соп	4,20
ЗП + NPK(300) + Ск + Соп	4,17
Пар черный - оз.пшеница. - сах.свекла - горох-оз.пшеница.-соя-кукуруза на силос	4,17
ЗП + NPK(100) + Ск + Соп	4,12
ЗП + NPK(200) + Ск + Соп	4,10
Сжигание стерни	3,99
СП + N30 + Суд + Соп + Ся	3,80
ЗП + N30 + Ск + Соп	3,71
Залежь с 1992 года	3,69
Парные комбинации культур	3,38-3,73
Бессменные посевы	2,87-3,59
Бессменный пар с 1972	3,30

Примечание: исходное содержание гумуса 4,28%; СП-сидеральный пар, ЗП-занятый пар, Н-навоз, Соп-солома озимой пшеницы, Ся-солома ячменя, Суд- пожнивный сидерат на удобрение, Ск- пожнивны сидерат на корм, Д-дефекат.

Воспроизводство плодородия почв возможно на основе использования комплекса приемов, который определяется многими условиями. Велика роль многолетних трав в обогащении почвы свежим органическим веществом и повышения содержания гумуса в черноземных почвах. Возделывание люцерны в выводном поле и в севооборотах повышает содержание гумуса на 0,15-0,44% относительно его содержания в 1972 году.
Сочетание легкоминерализуемой и трудноразлагаемой органики также способствует повышению содержания гумуса в черноземе выщелоченном. Следует отметить при этом важную роль навоза, как органического удобрения. Большое значение навоза для повышения плодородия черноземов отмечалось и в работах М.И Сидорова (1984),    Н.И. Зезюкова (1999), Н.И. Придворева (2002).

Внесение навоза как в севообороте с сидеральным, так и с занятым паром способствовало повышению содержания гумуса на 0,06-0,12%. Таким образом, проблема плодородия почвы тесно связана с развитием животноводства, которое, потребляя продукцию растениеводства, обеспечивает эту отрасль сельского хозяйства ценным органическим удобрением.

Внесение соломы озимой пшеницы, ячменя, дефеката, пожнивный посев горчицы сарепсткой в севооборотах с сидеральным и занятым паром по фону NPK(100-350) способствуют поддержанию содержания гумуса на уровне контроля 1972 года.

Использование пашни длительное время без посева культур (бессменный пар) снижало содержание гумуса на 21,1%. Бессменные посевы сельскохозяйственных культур уменьшали его содержание на 16,2-33,0%, парные комбинации – 14,5-21,1%, различные виды севооборотов на 13,8-18,9% (табл. 2).

Таблица 2 - Состояние почвенного плодородия в различных агроценозах

Агроценозы                                                                     Показатели плодородия

	гумус, %	детрит, %	биома сса микро бов, кг/га	токси ч-ность, УКЕ	ОП	выпахан ность, балл
Бессменные посевы	2,87-3,59	0,10-0,30	4735	38-43	64-72	2,6-8,7
Парные комбинации	3,48- 3,73	0,15-0,24	5278	25-34	90-113	3-6,2
Севообороты (зернопропашной, зернотравяной, плодосменный)	3,47-3,69	0,14-0,17	5466	8-18	116-136	5,8-6,6
Залежь с 1946 г.	4,85	0,6	7500	3,0	46	0
Залежь с 1991 г.	3,69	0,3	5706	4,0	54	0
Чистый пар с 1972 г.	3,30	0,05	5103	44	21	10,5
Сидер.пар-оз.пш.-сах.св.-горох-оз.пш.-кукуруза на силос-ячмень	4,27	0,28	6259	8-14	33	2,8
Зан.пар-оз.пш.-сах.св.-люцерна 1г.п.-люцерна 2 г.п.-кукуруза на силос-соя	4,43	0,42	6530	5-11	38	0
Зан.пар-оз.пш.-сах.св.-люцерна 1г.п.-люцерна 2 г.п.-кукуруза. на силос-ячмень	4,55	0,39	6670	6-9	35	0,5
Черный пар-оз.пш.-сах.св.-горох-оз.пш.-соя-кукуруза. на силос	4,17	0,12	6113	8-15	31	3,0
Сидеральный пар-оз.пшеница-сахарная свекла-ячмень	3,80-4,40	0,36-0,60	6011	10-18	28	1,4-5,5
Занятый пар -оз.пшеница-сахарная свекла-ячмень	3,71-4,34	0,33-0,52	5864	11-21	65	3,0-6,1
Люцерна 6 лет жизни	4,72	0,33-0,52	6920	10-14	48	0

В системе воспроизводства плодородия черноземных почв в агроценозах ЦЧР ведущая роль принадлежит сельскохозяйственным культурам и их различным чередованиям как главному биологическому фактору. При бессменном возделывании культур возрастают потери гумуса, повышается токсичность почвы, уменьшаются биогенность и биомасса микроорганизмов.

При возделывании культур в парных комбинациях и севооборотах увеличивалось взаимовлияние культур и их послеуборочных остатков на биологические процессы в почве.

Применение различных видов органических и минеральных удобрений вызывало заметные изменения в структуре микробного ценоза чернозема выщелоченного.

За оптимальные параметры показателей плодородия чернозема выщелоченного (биологические, агрохимические и агрофизические) мы приняли такие, при которых, обеспечивалась наибольшая урожайность сельскохозяйственных культур и повышение содержания гумуса.

В стационарном опыте кафедры земледелия Воронежского ГАУ к таковым нами отнесены следующие варианты (табл. 3): занятый пар + NPК(200) + навоз + солома озимой пшеницы + пожнивный посев горчицы сарептской на зеленый корм; сидеральный пар + NPК(200)+навоз + солома озимой пшеницы + солома ячменя + пожнивный посев горчицы сарепсткой на сидерат; сидеральный пар + NPК(200)+навоз + солома ячменя + пожнивный посев горчицы сарепсткой на сидерат.

На этих вариантах содержание гумуса составило 4,34-4,40%, бактерий, усваивающих органические формы азота 38-40%, микроорганизмов ассимилирующих минеральные формы азота – 35-37%, олигонитрофильных – 21-24%, целлюлозолитических – 1,1-1,2%, актиномицетов – 0,7-1,1%, а продуктивность культур севооборота была самая высокая.

Заключение

Такое соотношение микроорганизмов указывает на сбалансированность процессов синтеза-разложения органического вещества в системе почва-растение.
Использование метода множественной корреляции позволило нам оценить роль отдельных факторов, характеризующих показатели плодородия почвы, выделить из них ведущие и определить вклад каждого из них в формирование урожая сельскохозяйственных культур.

Таким образом, модель биологического блока почвы складывается из взаимодействия множества показателей, тесно связных друг с другом, и изменение одного из них вызывает изменение другого. При этом нами были выделены ведущие и определен вклад каждого из них в формирование урожая.

Проанализировав наши данные и результаты исследований, полученные в стационарных опытах кафедры земледелия за 35 лет (Зезюков Н.И., 1993, Дедов А.В., 2000, Придворев Н.И., 2002, Верзилин В.В., 2004), и обработав их методом множественной корреляции, мы получили уравнение линейной регрессии, описывающее зависимость урожайности сельскохозяйственных культур от комплекса биологических показателей плодородия. Это уравнение является математической моделью биологического блока плодородия чернозема выщелоченного.

У=50,9+0,42Х1+0,79Х2+0,53Х3+0,49Х4+0,44Х5+0,51Х6+0,43Х7+0,81Х8+0,27Х9+
0,26Х10+0,56Х11+0,30Х12+0,58Х13+0,78Х14+0,54Х15+0,80Х16++0,71Х17+0,46Х18 – 375,9,

где У – урожайность сельскохозяйственных культур в ц к. ед./га;
XI    – общее количество микроорганизмов;
Х2 – количество аммонификаторов;
Х3 - микроорганизмы, усваивающие минеральный азот; Х4 – микромицеты; Х5 – актиномицеты; Х6 – азотобактер; Х7 – олигонитрофилы; Х8 – целлюлозоразлагающие; Х9 – биомасса микроорганизмов; Х10 – гумус;
XII    – детрит;
Х12 –балл выпаханности;
Х13 – растительные остатки;
Х14 – нитрификационная способность почвы;
Х15 – выделение СО2;
Х16 – активность каталазы;
Х17 – активность уреазы;
Х18 – активность инвертазы.
Определение уровней урожайности культур по этому дало результаты близкие к фактическим. При этом в годы с гидротермическими условиями близкими к средним многолетним амплитуда колебаний составляла 4-6%, а в годы, значительно отличающие по погодным условиям она возрастала до 9-14%.

Литература

1.    Гамзиков Г.Н. Влияние длительного систематического применения удобрений на органическое вещество почв / Г.Н. Гамзиков, М.Н. Кулагина // Почвоведение. – 1990. - №11. – С. 57-67.
2.    Зезюков Н.И. Сохранение и повышение плодородия черноземов / Н.И. Зезюков, В.Е. Острецов. – Воронеж: Центрольно-Черноземное книжное изд-во. – 1999. – 312 с.
3.    Ковда В.Е. Управление продуктивностью экосистем / В.Е. Ковда // Почвоведение. – 1980. - №5. – С. 7-9
4.    Придворев Н.И. Научные основы оптимизации содержания органического вещества в черноземе выщелоченном: автореф. дис. … докт. с.-х. наук / Н.И. Придворев; - Воронеж. – 2002. – 46 с.
5. Сидоров М. И. Биологическая активность и токсичность почвы под сахарной свеклой и ячменем при возделывании в севообороте и бессменно / М.И. Сидоров. В.В. Верзилин // Повы-шение культуры земледелия и урожайности сельскохозяйственных растений в Центральном Черноземье. – Науч. Труды. – Т. III. – Воронеж. - 1980. – С. 16-25.

Источник - ВЕСТНИК МИЧУРИНСКОГО ГОСУДАРСТВЕННОГО АГРАРНОГО УНИВЕРСИТЕТА, научно-производственный журнал, 2010, № 2,  Печатная версия.