Kazan, Russian Federation
UDK 631.42 Почвенные исследования. Почвенный анализ
Tillage is one of the main elements of modern farming systems. At the same time, it is intensive tillage, in many respects, that is one of the main reasons for the degradation and development of soil erosion processes. To prevent the development of these negative processes, the development of resource-saving tillage systems in field crop rotations, including No-Till technologies, is essential. The aim of the work was to study the influence of various tillage systems (dump, mulch, combined mid-depth and zero) in the Predkamsk zone of the Republic of Tatarstan under production conditions. In the course of the research, the annual dynamics of a complex of agrophysical soil parameters (productive moisture content, bulk density, etc.) was studied under various tillage systems. In the conditions of an acute drought in 2021, the combined mid-depth system and the No-Till system provide better moisture retention than dump and mulching. At the same time, when using the system of zero tillage (No-Till), the indicators of soil density were within the optimal values and moisture accumulation was noted in the lower layer of the arable horizon. The use of soil-protective tillage systems (mulching, combined, no-till) in comparison with moldboard leads to an increase in the content of agronomically valuable soil aggregates. To assess the effect of various tillage systems on the biological activity of the soil, the number of soil Protozoa was used as an object of research. As a result of the assessment, it was found that the use of resource-saving tillage systems contributes to a higher number of Protozoa than when using moldboard plowing. Thus, the use of resource-saving tillage systems does not
tillage systems, tillage, soil agro-physical indicators, soil biology, soil Protozoa
Введение. Состояние почвы – один из основных факторов, оказывающих прямое влияние как на продуктивность сельскохозяйственных культур, так и на качественные характеристики сельскохозяйственной продукции. В последние годы, по инициативе ФАО ООН, все большее распространение получает оценка «здоровья» почвы, под которым понимается «…способность почвенной экосистемы …поддерживать продуктивность растений, животных, приемлемое качество урожая, воды и воздуха, а также обеспечивать здоровье людей, животных и растений» [1]. Необходимость в таком подходе обусловлена сложившейся ситуацией. По данным ФАО, в мировом сельском хозяйстве общая площадь деградированных почв достигла 1,5 млрд га, а потери урожая, связанные только с процессами биологической почвенной деградации (почвоутомление, фитотоксичность, почвенные патогены и др.) оцениваются в 25 % [2].
В последние годы все большее распространение в практике мирового сельского хозяйства приобретают технологии обработки почвы по системе No-till. К числу ее достоинств относят снижение энергических затрат на производство сельскохозяйственной продукции, уменьшение процессов водной и воздушной эрозии, накопление органического вещества в почве, а также уменьшение эмиссии парниковых газов [3].Широко используют такие системы и в земледелии Татарстана [4,5].
Одна из серьезных проблем современного земледелия – переуплотнение почвы. Оно сопровождается уменьшением водопоглотительной способности почв и ухудшением ее аэрации, что приводит не только к снижению микробной биомассы, но и к задержке развития корней, с последующими потерями урожайности сельскохозяйственных культур [6]. Основной прием управление плотностью сложения почвы и контроля ее переуплотнения – механическая обработка. При этом использование различных систем обработки почвы в севооборотах оказывает разное влияние на ее агрофизические параметры. В ряде исследований было показано, что при минимальной и нулевой обработках почвы уплотнение почвы возрастает [7,8], тогда как другие авторы отмечают противоположные тенденции [9,10].
Живая фаза почвы охватывает различные организмы, постоянно или в течение части своего жизненного цикла обитающую в почвенной среде. Было подсчитано, что биомасса почвенных микроорганизмов может приближаться к сумме всей живой биомассы на поверхности суши [11]. Биологическая активность почвы, в основном, сосредоточена в верхнем ее слое (0…30 см), где на живые компоненты приходится небольшая доля (<0,5 %) от общего объема почвы, которая составляет менее 10 % от общего количества органических веществ в почве [12]. Почвенная биота чрезвычайно разнообразна и выполняет большое количество разнообразных экосистемных функций [13]. Одна из важнейших групп почвенных организмов – простейшие (Protozoa). Это одноклеточные живые организмы. Их основной источник пищи – бактерии, хотя некоторые виды потребляют растворимые
органические вещества, грибы и себе подобных. Они формируют самую большую биомассу из всех почвенных организмов и живут в водных пленках, покрывающих почвенные агрегаты, а также в заполненных водой порах почвы. Простейшие служат важным источником пищи для многих почвенных организмов [14]. Потребление ими почвообитающих бактерий способствует процессу круговорота питательных веществ, высвобождая доступный азот и фосфор для использования растениями (эффект микробной петли). Кроме того, они способствуют подавлению патогенов обеспечивая конкуренцию за ресурсы. Переуплотнение почвы приводит к снижению как биомассы, так и активности простейших[15], что дает возможность использовать их численность для оценки состояния сельскохозяйственных почв.
Один из наиболее важных вопросов приосвоении нулевой и других ресурсосберегающих систем обработки почвы – их влияние на почвенную биоту. Большинство исследователей указывает на значительное положительное воздействие таких систем на почвенную биоту и ее активность. Так, нулевая обработка почвы на черноземах привела к повышению ее биологической активности на 20 %, по сравнению со вспашкой[16]. Аналогичные результаты были получены и в других исследованиях[17]. С другой стороны, было показано, что применение нулевой технологии приводит к уменьшению активности почвенных целлюлозо разрушающих микроорганизмов и накоплению в почве фитопатогенных грибов рода фузариум [18].
В связи с изложенным, возникла необходимость в изучении влияния различных систем обработки почвы на агрофизические свойства и состояние почвенной биоты (численности простейших).
Условия, материалы и методы. Исследование агрофизических и биологических свойств проводили трижды: осенью 2020 г., весной (до посева) 2021 г. и осенью 2021 г. В течение вегетации 2021 г. отмечали острозасушливые условия, что отразилось как на агрофизических, так и на биологических свойствах почвы. Оценку проводили на полях ООО «Тойма» и СХПК «Урал» Кукморского муниципального района Республики Татарстан, на которых использовали разные системы обработки почвы (табл. 1):вООО «Тойма» – ресурсосберегающие– нулевая (No-till), мульчирующая (с использованием дискования) и комбинированная разноглубинная; в СХПК «Урал» – отвальная.
Отбор почвенных образцов проводили согласно правилам отбора проб для агрохимического и микробиологического анализов. Лабораторные исследования осуществляли в агрофизической лаборатории кафедры Общего земледелия, защиты растений и селекции, а также в лабораторном комплексе Агроэкологического центра ФГБОУ ВО «Казанский
ГАУ» в 2021 г.
Агрофизические свойств почвы определяли с использованием общепринятых методов анализа [19], количество некоторых простейших в образцах почвы– согласно рекомендациям А.С. Бабенко и др. [20]. Учеты выполняли в трехкратной повторности.
Для оценки запасов влаги в слое 0…20 см использовали следующую шкалу: более 40 мм – отличное, 20…40 мм – удовлетворительное, менее 20 мм – неудовлетворительное. Содержание агрономически ценных агрегатов определяли методом сухого просеивания с оценкой по шкале С.И. Долгова и П.У. Бахтина.
Результаты и обсуждение. Оптимальная плотность сложения для развития яровых зерновых культур составляет 1,0…1,25 г/см3, озимых зерновых – 1,0…1,3 г/см3, гороха – 1,0…1,23 г/см3. С учетом этого, можно отметить, что при использовании в ООО «Тойма» системы нулевой обработки почвы (No-till) величина этого показателя оставалась в оптимальных пределах во все периоды учета и во всех слоях пахотного горизонта (табл. 2). В то же время, при использовании мульчирующей системы (дискование) отмечали рост плотности сложения в слое 10…20 см до уровня 1,28г/см3 (осень 2020 г), что на 7,5…14,3% выше, чем в вариантах с No-till. Аналогичные показатели осенью 2020 г. отмечены в варианте с разноглубинной системой. К осени 2021 г. плотность сложения в слое почвы 10…20 см при мульчирующей и разноглубинной системах находились в пределах оптимальных значения для зерновых культур, но выше (на 6,8…7,8% для мульчирующей и на 2,5…3,5% для разноглубинной), чем в вариантах с No-till. В СХПК «Урал», где применяли только вспашку, осенью 2020 г. Отмечали переуплотнение почвы в слое 10…20 см на полях после гороха и рапса, а к осени 2021 г. она вернулась в границы оптимальных значений для зерновых культур(табл. 2).
В условиях острой засухи (осень 2021 г.) разноглубинная комбинированная система и No-tillобеспечивали лучшее сохранение влаги в почве, чем отвальная и мульчирующая
(табл. 3). Так, при использовании системы No-till накопление влаги в слое 0…20 см было на 11,7…15,8% выше, чем в варианте с дискованием (мульчирующая система). При использовании разноглубинной системы, аналогичный прирост составил 25,9%. Еще более значительные различия в пользу разноглубинной системы и No-tillотмечены, по сравнению с показателями варианта со вспашкой.
Применение почвозащитных систем обработки почвы (мульчирующей, разноглубинная, нулевая) в ООО Тойма привело к росту содержания агрономически ценных агрегатов почвы, по сравнению с использованием вспашки (табл. 4). Так, если в лучшем варианте с применением вспашки величина этого показателя в слое почвы 0…20 см составляла 72,24%, то при разноглубинной системе она была в 1,18 раза выше. Вместе с тем и при использовании отвальной системы содержание агрономически ценных агрегатов оценивалось как хорошее и удовлетворительное.
Весной 2021 г. максимальную в опыте численность простейших в почве фиксировали в варианте с системой обработки No-till (табл. 5). К осени наилучшие показатели были отмечены при разноглубинной комбинированной
системе обработки почвы и системеNo-till. В целом ресурсосберегающие системы обработки почвы (ООО «Тойма») способствовали увеличению численности простейших, по сравнению с ежегодной вспашкой (СХПК «Урал»). Так, в сумме в слое почвы 0…20 см к осени 2021 г. величина этого показателя в вариантах с No-till составила 328,3…435,1 шт./г, с мульчирующей системой – 335,5 шт./г, с разноглубинной – 919 шт./г, а при использовании вспашки – от 154,4 до 332,8 шт./г.
Выводы. При использовании системы нулевой обработки почвы (No-till) показатели плотности сложения остаются в оптимальных пределах во все периоды учета и во всех слоях почвы. На фоне мульчирующей системы обработки почвы отмечается рост плотности сложения в слое 10…20 см, аналогичный, но менее выраженный, эффект характерен и для разноглубинной системы. В условиях острой засухи разноглубинная система и No-tillобеспечивают лучшее сохранение влаги, чем отвальная и мульчирующая. Применение почвозащитных систем обработки почвы (мульчирующей, разноглубинная, нулевая)приводит к росту содержания агрономически ценных агрегатов почвы, по сравнению с отвальной системой, то есть улучшает ее структуру.
Использование No-till, и особенно разноглубинной комбинированной системы обработки почвы, обеспечивает более высокую численность простейших в слое почвы
0…20 см.
1. Glinushkin A.P., Sokolov M.S., ToropovaE.Yu. Phytosanitary and hygienic requirements for healthy soil. Moscow: Agrorus Publishing House, 2016. 288 p.
2. Toropova E. Yu., Sokolov M.S., Glinushkin A.P. Induction of soil suppression - the most important factor in limiting the harmfulness of root infections // Agrochemistry. 2016. No. 8. S. 44-55.
3. KazeevK.Sh., Mokrikov G.V., AkimenkoYu.V., Myasnikova M.A., Kolesnikov S.I. Influence of No-till technology on the ecological state of the southern chernozems of the Rostov region // Achievements of science and technology of the APK. 2020. №1. S.3-7.
4. Improvement of the soil tillage system in the agrolandscapes of the middle Volga region / R.V. Minikaev, F.Sh. Shaikhutdinov, I.G. Manyukova, G.S. Mukhutdinova, D.A. Fatikhov, L.R. Klimov. Kazan: Kazan State Agrarian University. 2021. 400 p.
5. Minikaev R. V., Serzhanov I. M., Fatykhov D. A. Optimization of the tillage system under conditions of agro-climatic risks in the northern part of the Volga forest-steppe // Scientific, educational and applied aspects of production and processing of agricultural products: Collection materials of the International Scientific and Practical Conference dedicated to the 90th anniversary of the birth of Professor A.I. Kuznetsov (1930-2015). Cheboksary: Chuvash State Agrarian University. 2020. S. 220-230.
6. Kandelya M. V., Kandelya N. M., Zemlyak V. L., Bumbar I. V. Overconsolidation of soils - one of the most important factors of its degradation // Far Eastern Agrarian Bulletin. 2019. No. 3 (51). pp.105-115.
7. Dridiger V.K., Stukalov R.S., Matveev A.G. Influence of soil type and its density on the yield of winter wheat cultivated using no-till technology in the zone of unstable moisture in the Stavropol Territory // Zemledelie. 2017. No. 2. pp. 19-22
8. Kislov A.V., Vasil'ev I.V., Vasil'eva A.S. Influence of tillage minimization on soil fertility and oat productivity in the steppe zone of the Southern Urals // Proceedings of the Orenburg State Agrarian University. 2012. V. 3. No. 35(1). pp. 59-62.
9. Kurachenko N.L., Kolesnikov A.S., Romanov V.N. Influence of tillage on the agrophysical state of chernozem and productivity of spring wheat // Siberian Bulletin of Agricultural Science. 2018.48(1). pp.44-50.
10. Efremova, E.N. Agrophysical indicators of the soil depending on various tillage / / News of the Nizhnevolzhskyagrouniversity complex. 2013. No. 2(30). pp. 1-5.
11. Gold, T. The deep, hot biosphere // Proc. Natl. Acad. sci. USA. 1992 Vol. 89. R. 6045-6049.
12. Nielsen, M.N. & Winding, A. Microorganisms as Indicators of Soil Health/National Environmental Research Institute, Denmark. 2002 Technical Report No. 388
13. Sokolova T.A. The role of biota in creating a soil profile and soil functioning: new materials and interpretation of known facts and existing concepts // Bulletin of the Soil Institute named after V.V. Dokuchaev. 2020. Issue. 105. S. 208-225.
14. Crotty F.V., Adl S.M., Blackshaw R.P., Murray P.J. Protozoan pulses unveiled their pivotal position within the soil food web// Microbial Ecology. 2012. Vol. 63. R. 905-918.
15. Bamforth, S. S. Protozoa: Recyclers and Indicators of Agroecosystem Quality/ Benckiser, G. (ed.) Fauna in soil ecosystems: recycling processes, nutri-ent fluxes, and agricultural production. CRC Press., 1997.
16. R. P. Vilny, “Influence of minimizing the processing of typical chernozem on its biological state,” Eurasian Soil Science and Agrochemistry. 2015. No. 1(54). pp. 104-114.
17. Men'kina, E. A. Influence of fertilizers, precursors and methods of soil treatment on the number of microorganisms in winter wheat crops // News of Science in APK. 2018. No. 2-2(11). pp. 129-130.
18. Karipov R. Kh., Muranets A. P. Decomposition of cellulose by microorganisms when using various technologies for tillage // Bulletin of Science of the Kazakh Agrotechnical University. S. Seifullin. 2016. No. 2(89). pp. 117-124.
19. Shein E. V., Goncharov V. M. Agrophysics. Rostov n / a.: Phoenix, 2006. 400s.
20. Babenka A.S., Bulatova U.A., Nuzhnykh S.A. Methods for accounting of soil invertebrates. Toisk: From the Tomsk State University, 2010. 56 p.
