Восстановить плодородие — формирование региональной модели органического земледелия

Восстановить плодородие — формирование региональной модели органического земледелия

Текст: А. В. Дедов, д-р с.-х. наук, проф.; М. А. Несмеянова, канд. с.-х. наук, доц., ФГБОУ ВО «Воронежский государственный аграрный университет им. императора Петра I»

Как известно, из-за возрастающего объема использования средств химизации, оказывающих отрицательное влияние на сельскохозяйственные угодья, появились проблемы обеспечения устойчивого функционирования агроэкосистем. Предотвращение негативных сторон интенсификации возможно в процессе воспроизводства почвенного плодородия при внедрении севооборотов и приемов биологизации.

Современный этап развития земледелия характеризуется расширением применения интенсивных технологий возделывания культурных растений, что позволило увеличить урожайность зерновых и объемы производства. В таких условиях переход к биологическому и органическому сельскому хозяйству позволяет преодолеть экологические проблемы, а на экономически слабых предприятиях овладение соответствующими методиками дает возможность повысить продуктивность агроценозов.

ФОРМИРОВАНИЕ МОДЕЛИ

При переводе земледелия на систему с максимальным использованием биофакторов необходимо решить множество вопросов, главным из которых является воспроизводство плодородия почвы. Органическая модель — высшая ступень биологизации сельского хозяйства, представляющая собой наукоемкий сегмент АПК. Его эффективность напрямую связана с интеллектуальным кадровым потенциалом. Огромных усилий и преодоления психологического барьера потребует от всех работников отраслевого производства подобное преобразование систем возделывания. Кроме того, необходимы разработка и совершенствование в рамках адаптивных технологий различных чередований культур в севооборотах с экологической направленностью, приемов обработки почвы, схем удобрения, а также налаживание семеноводства многолетних бобовых трав и прочее. С целью формирования региональной модели органического земледелия, обеспечивающего повышение плодородия почвы и сохранение земель сельхозназначения, специалистами ФГБОУ ВО «Воронежский государственный аграрный университет им. императора Петра I» были осуществлены научные исследования.

Работа по изучению влияния приемов биологизации на содержание органического вещества в почве проводилась в течение 13 лет в многофакторном стационарном эксперименте, заложенном по общепринятой методике. Площадь целой делянки составляла 200 кв. м, учетной — 100 кв. м. Почва участка представляла собой чернозем выщелоченный тяжелосуглинистый и среднемощный, при этом уровень гумуса в слое 0–30 см равнялся 3–3,2%. Содержание подвижного фосфора достигало 6,8–13 мг/100 г почвы по Чирикову, обменного калия — 16–28 мг/100 г по Масловой. Насыщенность основаниями составляла 85%, величина рН — 6,3. Годы исследований по величине гидротермического коэффициента были разными: один период оказался избыточно влажным, три — просто влажными, пять — с недостаточным количество осадков, а четыре года — засушливыми.

ОЦЕНКА БИОМАССЫ

Работы проводились как на органическом, так и на органоминеральном фоне. Внесение навоза в объеме 70 т/га осуществлялось под сахарную свеклу. Дозы минеральных удобрений в кг/га действующего вещества составляли (NPK)150 под корнеплод и кукурузу на силос, (NPK)120 — под озимую пшеницу, (NPK)90 — ячмень, (РК)90 — люцерну, сою и горох. Солома зерновой культуры, гороха и сои в измельченном состоянии использовалась в качестве подкормки. После уборки озимых высевался пожнивный сидерат из горчицы сарептской. Многолетние травы и соя выращивались с междурядьями в 45 см. В севооборотах применялась отвальная вспашка на 25–27 см под сахарную свеклу и кукурузу, плоскорезная на 23–25 и 20–22 см — сою и чистый пар соответственно, а под зерновые культуры — поверхностное возделывание на 12–14 см. На посевах сои, сахарной свеклы и кукурузы на силос проводились две междурядные обработки почвы. Участок в течение вегетационного периода поддерживался в чистом от сорняков состоянии. Уборка урожая зерновых культур в севооборотах осуществлялась комбайном Sampo, многолетних трав и сахарной свеклы — вручную. Собранная с учетных делянок продукция пересчитывалась на чистоту в 100% и стандартную влажность.

1 Схемы севооборотов с различным насыщением бобовыми культурами.png

Масса корневых остатков отбиралась по Станкову буром до глубины 30 см в трехкратной повторности. Из почвы они выделялись методом декантации в воде со сливом всплывших корней и других органических компонентов через сито с диаметром отверстий 0,25 мм. После отмывки они высушивались до абсолютно безжидкостного состояния и взвешивались. В модельных полевых опытах также изучались темпы разложения биомассы культур севооборотов. Для этого в капроновые сетчатые мешочки размером 15×30 см помещалось 0,6 кг сухой почвы, которая предварительно просеивалась через сито с диаметром отверстий 3 мм. Ежегодно в мешок добавлялось по 15 г сухих послеуборочных остатков согласно чередованию по схеме севооборотов. Все образцы заделывались сразу в пахотный слой почвы на 0–30 см. Повторность опыта была трехкратной. Отмывка проводилась через год методом декантации, а водой отделялись растительные остатки через сито с диаметром отверстий 0,25 мм. Полученная масса высушивалась в термостате с температурой не более 70ºС до абсолютно сухого состояния, после чего взвешивалась. Содержание в детрите определялось по методике ТСХА, углерод в нем — по Анстету, общий азот, фосфор и калий — по технике Гинзбург. Результаты исследований обрабатывались методами дисперсионного анализа с использованием типовых программ.

УЧЕТ ОСТАТКОВ

Одной из основных задач, стоящих перед биологическим и органическим земледелием, является формирование бездефицитного баланса гумуса в почве. Важная роль в ее решении отводится растительным остаткам, поступающим в землю после уборки. Исследованиями было установлено, что их содержание в пахотном слое зависит от набора растений и вида пара. Так, в ходе опыта на контроле при максимальном насыщении севооборота пропашными культурами и чистым паром на уровне 57% в пахотный горизонт на органоминеральном фоне поступало 3,5 т/га растительных остатков, а на органическом — 3 т/га. При замене чистого пара сидеральным и посеве ячменя вместо сои в первой схеме в верхний горизонт переходило 3,7 и 3,5 т/га соответственно. При уменьшении площади пропашных культур и чистого пара до 28%, увеличении участков с однолетними травами и зерновыми до 44%, а с многолетними растениями — до 28% в пахотный слой на органоминеральном фоне поступало 4,2 т/га остатков, на органическом — 3,8 т/га. В четвертом варианте при повышении объема пропашных видов и чистого пара до 43%, уменьшении посевов однолетних трав и зерновых до 29%, а многолетних растений — до 28% в верхний горизонт переходило 4,5 и 4 т/га остатков соответственно фонам. Таким образом, при сокращении площади, занятой пропашными культурами, замене чистого пара сидеральным, введении многолетних бобовых трав содержание растительных остатков по сравнению с контролем увеличивалось на 6–29% на органоминеральном фоне, на 30–48% — на органическом.

ВАЖНЫЙ ЭТАП

Поступившие в почву после уборки части возделываемых культур, то есть солома и биомасса сидератов, подвергались разложению, темпы которого во время исследования зависели от вида остатков. В первый год наиболее интенсивно перегнивали послеуборочные компоненты редьки масличной и горчицы сарептской — 83,6 и 82% соответственно. Медленнее процесс шел для озимой пшеницы — 25%, ячменя — 26%, кукурузы на силос — 49,2%, ботвы сахарной свеклы — 55,2%, яровой вики — 56,9%, сои — 57,6%, гороха — 60,5%. Для многолетних бобовых трав скорость была обусловлена годом жизни — 58,9–66%. При этом следует отметить, что чем старше были эти виды, тем медленнее разлагались их остатки. Добавление к озимой пшенице пожнивного сидерата из горчицы сарептской увеличивало темпы распада на 12%, а при включении минерального азота — на 14,3%.

2 Влияние насыщенности севооборотов.png

Скорость разложения смеси растительных остатков культур за четыре года снижалась в определенном порядке: эспарцет второго года жизни — 98,8%, горчица сарептская — 98,6%, люцерна первого года — 98,5%, ботва сахарной свеклы — 98,2%, солома озимой пшеницы — 98,1%, кукуруза на силос — 97,8%, солома сои — 97,4%, донник первого года жизни — 97,3%, люцерна второго года жизни — 96,8%, редька масличная — 96,7%, солома яровой вики — 96,2%, донник второго года жизни — 95,8%, ячмень — 94,2%. При смешивании пшеницы с пожнивным сидератом из горчицы за аналогичный период разложилось 98,1%, соломы озимой формы с минеральным азотом — 93,5%.

ОПТИМАЛЬНОЕ СООТНОШЕНИЕ

Исследования показали, что растительные остатки различались по концентрации углерода, азота, фосфора и калия. Больше всего N содержали люцерна, эспарцет второго года жизни, донник и горчица, в то время как в биомассе других культур этого элемента было от 0,56 до 1,66%. По уровню фосфора остатки, за исключением озимой пшеницы и ячменя, где его концентрация находилась на уровне 0,127%, практически не различались — от 0,24 до 0,3%. Меньше всего калия оказалось в соломе сои, гороха и яровой вики, а по остальным культурам объемы этого элемента варьировали от 0,84 до 2,24%.

3 Скорость разложения растительных остатков.png

Для оценки скорости разложения растительных компонентов использовалось содержание в них углерода и азота, а также их соотношение. Так, было установлено, что темпы достигали максимума при С:N ниже 25. При этом исследования показали, что остатки культур севооборотов различались по концентрации этих элементов. Для бобовых трав, зернобобовых растений и ботвы сахарной свеклы соотношение С:N варьировало от 20,5 до 34,8. Благодаря такому узкому интервалу возникала возможность быстрой минерализации. Сразу после запашки начинался бурный микробный процесс, в результате чего большая часть биомассы разлагалась, что создавало благоприятные условия для роста и развития последующих видов. В соломе зерновых культур, кукурузе на силос и горчице сарептской данное соотношение составляло от 41 до 93, поэтому процесс проходил медленно. При смешивании биомассы зерновых с пожнивным сидератом содержание азота повышалось, а коэффициент между углеродом и азотом становился меньше. Таким образом, по величине соотношения C:N, определяющего скорость разложения, остатки культур можно расположить в определенном порядке: ботва сахарной свеклы — 20,5, эспарцет второго года жизни — 22,6, люцерна второго года и эспарцет первого — 23,4, солома сои — 28,7, люцерна первого года жизни и донник второго — 34,8, горох — 34,3, солома яровой вики — 37,3, остатки кукурузы на силос — 41,7, горчица сарептская — 41,1, редька масличная — 53,3, солома ячменя — 83, озимой пшеницы — 86. Смешивание остатков последней культуры с минеральным азотом снижает пропорцию до 57,7.

ЦЕННЫЙ КОМПОНЕНТ

Результаты проведенных исследований также позволили выявить достоверные изменения содержания гумуса в пахотном слое почвы под влиянием изучаемых приемов. При введении в структуру севооборота многолетних бобовых трав, уменьшении площадей посева пропашных культур до 43% и зерновых до 29% концентрация этого вещества по сравнению с исходной увеличивалась на органоминеральном фоне на 0,12%, а при внесении органических удобрений — на 0,09%. При сокращении участков пропашных культур и чистого пара до 28%, расширении площадей однолетних трав и зерновых до 44%, а многолетних растений до 28% прибавка по сравнению с исходным уровнем на органоминеральном фоне составила 0,2%, а при использовании органических подкормок — 0,29%. При замене чистого пара на занятый, увеличении площади посева пропашных видов и многолетних трав до 28%, а также зерновых до 44% прирост на органоминеральном фоне равнялся 0,26%, при внесении органических удобрений — 0,42%. Подобные цифры объясняются большим поступлением растительных остатков и их лучшей минерализацией.

4 Химический состав растительных остатков .png

Внедрение технологий повышения плодородия черноземных почв с помощью биологических приемов, в частности применения сидерального или занятого пара, многолетних трав, запашки нетоварной части урожая, возделывания промежуточных культур, обеспечивали оптимизацию режима как общего содержания гумуса, так и его лабильных форм. Кроме того, данные показатели во время опытов оказывали влияние на урожайность культур севооборотов.

СОВМЕСТНОЕ ПРИМЕНЕНИЕ

Во вторую ротацию при размещении озимой пшеницы по разным парам на фоне внесения органических удобрений было получено в среднем от 2,4 до 3,99 т/га зерна. При этом более высокой урожайность была при размещении по чистому пару, что свидетельствовало о ресурсе черноземных почв формировать хороший урожай без применения техногенных средств. Однако мобилизационные возможности чернозема выщелоченного по мере его использования уменьшались, что стало заметно уже на втором этапе севооборота. Совместное применение органических и минеральных подкормок увеличивало продуктивность озимой пшеницы на 0,27–1,26 т/га.

Сахарная свекла оказалась более требовательной к плодородию почвы и остро реагировала на его изменение. Результаты опыта свидетельствовали о значимой роли лабильного органического вещества в создании оптимальных условий для формирования массы корнеплодов. Так, сидеральный пар вместо чистого во втором севообороте снижал урожайность этой культуры на фоне внесения органоминеральных удобрений на 1,4 т/га, в то время как занятый пар повышал на 6,2 т/га, а использование викоовса — на 3,9 т/га. Внесение только органических добавок в ротации с сидеральным паром повышало продуктивность свеклы на 3,7 т/га, с занятым паром — на 6,6 т/га, а с викоовсом — на 3,4 т/га по сравнению с данными по варианту с чистым паром.

5 Урожайность культур севооборотов .png

Люцерна возделывалась в третьем и четвертом севооборотах, посев проходил весной беспокровно после сахарной свеклы. В первый год жизни проводились два подкашивания сорняков по мере их отрастания, а в конце августа был получен полноценный урожай зеленой массы. На второй год убирались три укоса люцерны. Следует отметить, что повышение плодородия почвы также благоприятно сказалось на урожайности кукурузы. Сбор зеленой массы после люцерны относительно показателей при размещении по озимой пшенице увеличивался на органоминеральном фоне на 10,7–16,5 т/га, а при внесении органических удобрений — на 12,5–17,3 т/га. Введение в севооборот сои вместо ячменя при сравнении четвертой и третьей схем благоприятно сказалось на его продуктивности: сбор зерновых единиц повысился на 8,27–13,45 т/га. В свою очередь, урожайность сои была больше во втором севообороте при размещении ее после кукурузы на силос, а не после озимой пшеницы, как в первой ротации. Применение люцерны оказывало положительное последействие на ячмень, увеличивая его сборы на органоминеральном фоне на 0,31 т/га, а при внесении органических удобрений — на 0,14 т/га.

ПОДОБРАТЬ СХЕМУ

В ходе опытов также было установлено, что использование бобовых растений обеспечивало повышение урожайности зерновых, сахарной свеклы и кукурузы на силос. Лучшим предшественником для последней культуры оказалась люцерна, причем она, увеличивая плодородие почвы, позитивно влияла на продуктивность всех компонентов севооборота. Таким образом, насыщение ротаций бобовыми при использовании минеральных удобрений и сидератов, запашка соломы озимой пшеницы и гороха, применение в среднем 10 т/га навоза позволили увеличить урожайность всех культур по сравнению с данными при внесении только органических подкормок.

В целом исследования, проведенные на выщелоченном черноземе, показали, что при составлении севооборотов для органической системы земледелия необходимо планировать введение в структуру посева многолетних бобовых трав, а также сидератов в пару и пожнивно. Для повышения плодородия почвы и сохранения земель сельскохозяйственного назначения целесообразно внедрять рассмотренные схемы ротаций: первую и четвертую модель — при малом поголовье, вторую и третью — при большом количестве животных. Для уменьшения транспортных расходов на перевозку зеленой массы к местам потребления целесообразна концентрация их посевов вблизи ферм. Кроме того, необходимо помнить, что за счет отказа от средств защиты растений и внесения минеральных удобрений отмечался недобор урожая культур по всем севооборотам. По этой причине переход на органические методы хозяйствования может быть оправданным при оказании господдержки, покрывающей дополнительные затраты производителей биопродукции.