Удобрение и орошение как факторы интенсификации адаптивно-ландшафтного земледелия.

Т.Б.Шалов, Чапаев Т.М., Улигова Д.Х.

ФГБОУ ВО «Кабардино-Балкарский ГАУ», г.Нальчик

Для обеспечения продовольственной независимости страны необходимо предложить производителям сельскохозяйственной продукции наиболее полный спектр моделей возделывания сельскохозяйственных культур, адаптированных к различным условиям: почвенно-климатическим, хозяйственно-экономическим, экологическим, социально – историческим.

Решение главной задачи сельскохозяйственного производства возможно лишь при использовании существующих достижений и дальнейшем развитии аграрной науки в соответствии с новой парадигмой природопользования, сердцевиной которого в сельскохозяйственной отрасли является экологически безопасное интенсивное земледелие [1,2.] Создание моделей такого земледелия есть конечная ступень реализации землеустроительных разработок, осуществляемых последовательно в схемах территориального планирования, проектах межхозяйственного и внутрихозяйственного землеустройства,организации и устройства территории угодий и севооборотов , включающие выделение рабочих участков, как однородных частей поля севооборота для которых применительно определенная система земледелия.

Основная цель функционирования адаптивно-ландшафтной системы земледелия - трансформация с наибольшей эффективностью антропогенной энергии, вкладываемой в агроландшафт, в продуктивность сельскохозяйственных культур. Это возможно как на технократической основе, так и на экологической. Первый способ дает более быстрые результаты, но при длительном использовании обязательно приводит к нарушению природного равновесия и в конечном итоге к деградации агроландшафта.

Реализация экологической парадигмы природопользования в сельском хозяйстве происходит через функционирование адаптивно-ландшафтных систем земледелия.

Адаптивно-ландшафтные системы земледелия в своем развитии проходят два этапа: формирование и функционирование.

Формирование адаптивно-ландшафтной системы земледелия может происходить на базовых территориях – агроэкосистемах – в пределах которых складываются удобные условия управления продуктивностью агроландшафтов [3].

Подобно тому, как широкое провинциально-географическое и функционально-экологическое многообразие черноземной зоны России создало масштабный натурный эксперимент по антропогенной трансфор-мации черноземов в ходе двадцатого столетия ,использование многообразия черноземов в сельскохозяйственном производстве КБР в относительно локальном пространстве (территория КБР составляет всего 12,5 тысяч км² из них на пахотные угодья, где основную площадь занимают черноземы, приходится 3,1 тысяч км²) при резко различающихся условиях вертикальной зональности также можно рассматривать как природно-хозяйственный эксперимент. Но если здесь условия задают природа и хозяйственная деятельность человека, проведение многолетнего научного эксперимента по изучению антропогенной, в частности агрогенной нагрузки на плодородие черноземной почвы в конкретных климатических условиях дает возможность прогнозирования изменения свойств и продуктивности почвы при разных режимах этой (антропогенной) нагрузки.

Общая площадь пашни составляет четвертую часть территории республики. Большая часть пахотных угодий находится в степной зоне. Наиболее представительными почвами на этих угодьях являются черноземы обыкновенные - 114,6 тыс.га, что составляет 22% от всех площадей сельскохозяйственных угодий, представленных 14 типами и подтипами почв. От площади пашни черноземы обыкновенные занимают 27% [5].КБР – регион интенсивного земледелия. Основные полевые культуры, возделываемые здесь – озимая пшеница, кукуруза, подсолнечник. Из многолетних бобовых наиболее распространенная культура – люцерна.

Климат степной зоны республики характеризуется выраженной аридностью, связанной с высокими тепловыми ресурсами. Среднегодовая температура воздуха – 8-10⁰С, сумма температур выше 10⁰С за год равна 3100-3300. Среднегодовое количество осадков составляет лишь 360-480 мм, из них на вегетационный период приходится всего 280-300 мм.). Осадки выпадают неравномерно и не обеспечивают оптимального водного режима сельскохозяйственных культур для получения высоких и устойчивых урожаев[4]

Пахотные угодья находятся в землепользовании юридических и физических лиц, обладающих различным экономическим потенциалом и, соответственно, различными уровнями интенсификации земледелия. Длительная эксплуатация чернозёмов в условиях ограниченного применения удобрений или вообще без их внесения, использование пашни при орошении без удобрения или возделывание культур при применении научно-обоснованных доз минеральных и органических удобрений и норм орошения обеспечивают получение разных уровней продуктивности сельскохозяйст-венных культур, сопровождающееся изменением важнейших агрохими-ческих показателей плодородия почвы. Используя результаты длительных полевых опытов, где моделируются различные условия возделывания сельскохозяйственных культур, можно количественно определить возможные уровни продуктивности растений (посевов) при заданных условиях обеспечения влагой и питательными веществами и прогнозировать изменения агрохимических свойств почвы.

Изменение агрохимических показателей почвы в первую очередь определяется балансом гумуса ,подвижного фосфора и обменного калия.

В работе по результатам многолетних исследований в полевом опыте анализируется влияние удобрений и орошения на уровень продуктивности севооборота, содержание и баланс питательных веществ в почве. Предлагаются системы удобрения на богаре и при орошений как составные элементы адаптивно-ландшафтного земледелия.

Методика исследований.

Длительный полевой опыт с севооборотом проводили на стационарном участке ОПХ “ Опытное”, расположенном в Терском районе КБР

Тип почвы – чернозем, подтип – обыкновенный, род – карбонатный, разновидность – тяжелосуглинистая, разряд – мицеллярно-карбонатный лессовидный суглинок. Мощность гумусового горизонта – 35 см., глубина пахотного слоя – 22см, глубина вскипания карбонатов – с поверхности, глубина залегания грунтовых вод – 9-12 м. Вид эродированности почвы – ирригационный, степень проявления эрозии слабая.

. Объектом исследования являлся 10-типольный зерновой севооборот со следующим чередованием культур: люцерна 1 года пользования, люцерна 2 года пользования, озимая пшеница, кукуруза на зерно, кукуруза на зерно, подсолнечник, озимая пшеница, кукуруза на зерно, кукуруза на зерно, озимая пшеница. Таким образом, в структуре севооборота удельный вес культур следующий: озимая пшеница – 30%, кукуруза на зерно – 40%, люцерна – 20%, подсолнечник – 10%. Сорта: люцерна – Надежда, озимая пшеница – Юна, кукуруза – Кавказ 412 СВ, подсолнечник – Флагман. Чередование культур севооборота и системы удобрения представлены в таблицах 1и 2

Таблица 1. Чередование культур севооборота и системы удобрения на богаре

(дозы в среднем за 1 год)

№ п/п	Культура	Минеральная система удобрения					Органоминеральная система удобрения
		Модель 2					Модель 3
		N		Р2О5		К2о	Навоз, т/га	N	P2о5		K2о
		кг/га						кг/га
1	Люцерна-1 г.
2	Люцерна-2 г.	60						60
3	Оз. пшеница	90	90		60			60		60		30
4	Кукуруза	90	90		60		20	60		60		60
5	Кукуруза	90	90		60		20	45		60		30
6	Подсолнечник	90	90		30		20	45		60		30
7	Оз. пшеница	90	90		60			60		60		30
8	Кукуруза									60
9	Кукуруза	90	90		90		20	45		60		30
10	Оз. пшеница	90	90		60			60		60		30

Таблица 2. Чередование культур и системы удобрения в орошаемом севообороте (дозы в среднем за 1 год)

№ п/п	Культура	Модель 5			Модель 6				Модель 7			Модель 8
		N	Р2о5	К2о	Навоз, т/г	N	Р2о5	К2О	N	P2О5	K2О	Навоз, т/га	N	P2О5	K2О
		кг/га				кг/га			кг/га				Кг/га
	Люцерна 1 г.п.								60	60				40
2	Люцерна 2 г.п.	60				60			60				60
3	Оз. пшеница	90	90	60		60	60	30	100	80	60		60	40
4	Кукуруза	90	90	60	20	60	60	60	200	80	60	30	130	40
5	Кукуруза	90	90	60	20	45	60	30	200	80	70	30	120	40
6	Подсолнечник	90	90	30	20	45	60	30	130	60	100	30	70	40	70
7	Оз. пшеница	90	90	60		60	60	30	130	80	70		90	40
8	Кукуруза						60		200	80	80	30	130	40
9	Кукуруза	90	90	90	20	45	60	30	200	80	70	30	120	40
10	Оз. пшеница	90	90	60		60	60	30	130	80	70		90	40

В работе анализируются результаты, полученные при возделывании культур севооборота на 2-х из 10 полей: поле 5 и поле 7, в которых ротация закончилась в 1998 году, а также влияние факторов на свойства почвы по данным агрохимического и микробиологического анализов почвенных образцов отобранных перед началом 6-ой ротации (весной 1999 года). Факторов исследования – 2. Первый фактор – орошение. Уровни: нулевой (без орошения) и полив при пороге влажности почвы 75-80% НВ. Второй фактор – удобрение. Уровни: нулевой (без удобрения); первый уровень минеральной системы удобрения (N₆₉P₆₃K₄₅) и навозно-минеральной системы удобрения (8 т/га навоза со средним содержанием в сырой массе 0,3% N; 0,2% P₂O₅ и 0,4K₂О + N₄₄P₄₂K₂₄); второй уровень минеральной системы удобрения (N₁₄₁P₆₈K₆₀) и навозно-минеральной системы удобрения (15 т/га навоза + N₈₇P₃₆K₇). При орошении изучали все 5 вариантов удобрения, на богаре – первые 3. Общая площадь делянки -167 м²

Результаты исследований.

Продуктивность 1 га севооборота в экспериментальных моделях рассчитанная по результатам урожайности, полученных за 10 лет (1999-2008 гг.), существенно отличалась от продуктивности, полученной при экстенсивных (без удобрения) моделях (табл.3).

Таблица 3. Влияние орошения и различных систем удобрения на продуктивность 1 га севооборота, ц. з.ед/га

Модель		Средне-годовая продук-тивность	НСР05 Р%
Без орошении	1. Без удобрения	22,6	Для 2 F : P%-5,59; HCP05-7,53; HCР05 (А)-5,18; HCP05(В)-4,23 Для 1F : P%-4,83; HCP05-8,56
	2. N60P63K45	41,8
	3. Навоз 8 т/га + N44P42K24	43,6
Без орошения	4. Орошение (без удобрения)	27,9
	5. N60P63K45	62,0
	6. Навоз 8 т/га + N44P42K24	67,2
	7. N141P68K60	65,9
	8. Навоз 15 т/га + N87P36K7	70,7

В модели без использования удобрений орошение не обеспечило увеличение продуктивности севооборота. Повышение продуктивности от орошения на фоне удобрения N₆₉P₆₃K₄₅ составило 48%, на фоне использования органоминеральной системы удобрения – навоз 8 т/га + N44P42K24 достигло 54%.

На основании этого можно заключить, что при длительном использовании орошения без применения удобрения продуктивность пашни, по сравнению с богарным участком, не увеличивается. И лишь сочетание орошения с использованием рациональных систем удобрения позволяет повысить продуктивность пашни в три и более раза.

В среднем за один год пятой ротации на богарном участке продуктивность 1 га севооборота, полученная за счет применения минеральной системы удобрения (N₆₉P₆₃K₄₅) на 19,2 ц з.ед. превышала контрольную (без удобрения) модель. Органоминеральная система удобрения (8 т/га навоза +N₄₄P₄₂K₂₄) обеспечила такую же продуктивность, как минеральная система.

В условиях орошения указанные системы удобрения также обеспечили формирование одинаковой (62, и 67,2 ц з.ед. соответственно) продуктивности севооборота.

Второй уровень применения удобрений (N₁₄₁P₆₈K₆₀), действие которого изучали при орошении, не обеспечил получения прибавки продуктивности севооборота относительно внесения средних доз. Однако, продуктивность полученная от применения второго уровня органоминеральной системы удобрения (модель 8) была достоверно выше продуктивности первого уровня минеральной системы удобрения.

Эффект от совместного применения изучаемых факторов (удобрение +орошение) при использовании первого уровня минеральной и органоминеральной систем удобрения (модель 5 и модель 6) в орошаемом севообороте, рассчитанный как разность величин продуктивности указанных и контрольного на богаре моделей, составил соответственно 39,4 и 44, 6 ц з.ед./га.

Сумма эффектов от раздельного применения каждого из факторов для пятой модели равна 24,5 ц з.ед./га (5,3- от орошения и 19,2 – от удобрения), для шестой модели – 26,3 ц з.ед./га (5,3 – от орошения и 21,0 – от удобрения). То есть, факторы “орошение” и “удобрение” проявляют ясно выраженный синергизм.

Все применяемые системы удобрения обеспечили высокую окупаемость 1 кг д.в. прибавкой растениеводческой продукции (табл. 12). Без орошения 1 кг д.в. удобрений позволил получить 10,8 з.ед. при использовании минеральной и 11,5 з.ед. органоминеральной системы удобрения.

Одним из индикаторов экологичности системы земледелия является качество и степень ее влияния на агрохимические свойства почвы. Длительное удобрение и орошение агроценоза, как мощные антропогенные факторы, способны существенно изменить изначальные химические свойства почвы. Наиболее значимыми из этих свойств (показателей) являются: содержание и качественный состав гумуса, азота, фосфора и калия.

По результатам агрохимических анализов почвы поступление в почву углерода растительных остатков и навоза только компенсировало убыль гумуса вследствие минерализации. Повышение содержания гумуса относительно контрольной модели было только в вариантах использования N₄₄P₄₂K₂₄ + 8 т/га навоза (модель 3) и N₈₇P₃₆K₇ +15 т/га навоза (модель 8). Во всех остальных вариантах применения удобрения и орошения гумусированность почвы была равной контрольному варианту. В меньшей степени изучаемые факторы интенсификации влияли на содержание гумуса в слое почвы 21-40 см. В этом слое достоверное превышение гумусирован

-ности почвы в модели «бессменный пар» было в контрольных (без удобрения и орошения, орошение без удобрения) вариантах и в модели N₆₉P₆₃K₄₅ + орошение.

При внесении повышенных доз удобрений гумусированность слоя 21-40 см почвы была несколько выше, чем в других изучаемых вариантах.

Приведенные результаты свидетельствуют о том, что процессы минерализации гумуса почвы при использовании деградационной модели и минерализации гумуса с параллельной гумификацией растительных остатков в экстенсивной агротехнологической модели «неудобряемая богара» в слое 0-20 см имели одинаковую интенсивность, обеспечившую содержание гумуса 2,80-2,85%, а в слое 21-40 см темпы минерализации в пару были больше чем в агроценозе (2,50-2,80 %).

Длительное орошение почвы в агроценозе (модель 4) не изменило темпов минерализации гумуса по сравнению с экстенсивной моделью неудобряемого богарного севооборота (модель 1). Вероятно компенсирую-щую роль сыграло поступление органической массы с растительными остатками.

Под влиянием удобрения и орошения с увеличением продуктивности севооборота минерализация гумуса в значительной степени компенсиро-валось за счет гумификации растительных остатков и навоза, что обеспечило стабилизацию содержания гумуса в почве.

Содержание гумуса в почве при разных системах использования, как результат протекания разнонаправленных процессов трансформации органического вещества свидетельствует о том, что удобрение и орошение при научно обоснованном применении, выступают как факторы экологизации состояния почвы. Поступление углерода растительных остатков и навоза в наибольшей степени способствовало стабилизации содержания гумуса в почве при органно-минеральной системе на богаре. Несмотря на максимальное количество углерода растительных остатков и навоза, вовлеченных в почвенный гумус при использовании 2-го уровня органо-минеральной системы удобрения, гумусированность почвы была такой же, как и в других моделях опыта, где применялись удобрения. Это можно объяснить резким повышением активности микроорганизмов на орошаемых унавоженных участках.

При использовании систем удобрения при среднегодовом внесением на 1 га севооборота N₆₉P₆₃K₄₅ и 8 т навоза + N₄₄P₄₂K₂₄ содержание подвижного P₂O₅ в слое 0-20 см увеличилось на 30 и 37 мг/кг, 21-40 см – на 29 и 34 мг/кг относительно показателей контрольного варианта, соответственно. Применение этих же систем удобрения, но уже в орошаемом поле сопровождалось некоторым снижением темпов накопления фосфатов в обоих слоях почвы. Эта тенденция связана с увеличением выноса за счет большей продуктивности севооборота.

Повышение уровня удобрения в 2-х агротехнологических моделях (N₁₄₁P₆₈K₆₀ и 15 т навоза + N₈₇P3₃₆K₇) увеличило количество подвижных форм фосфатов до 53-55 мг/кг в верхнем слое и 34- 42 мг/кг в слое 21-40 см.

Таким образом, различные системы удобрения (минеральная и органо-минеральная) оказывали равнозначное действие на накопление подвижного фосфора в почве. В орошаемом поле внесение повышенных доз удобрений сопровождалось повышением содержания фосфора в черноземе обыкновенном.

Удобрение повышало, орошение не изменяло, а совместное действие удобрений и орошения несколько снижало (за счет выноса с урожаем) относительно «удобряемой богары» накопление подвижного фосфора в почве.

К концу пятой ротации севооборота количество подвижного калия в почве составило 398-406 мг/кг при повышенном насыщении удобрениями (внесение в среднем за 1 год ротации: N₁₄₁P₆₈K₆₀ и 15 т навоза + N₈₇P3₃₆K₇ на 1 га) и оно было выше, чем в неудобряемом орошаемом фоне на 79-87 мг/кг (табл. 34). Такое же превышение содержания калия относительно фона при удобрении отмечено в случае применения органоминеральной системы удобрения (8 т/га навоза+N₄₄P₄₂K₂₄) на богаре. При других агротехнологи-ческих моделях на фоне удобрении содержание подвижного калия в почве было таким же на фоновых вариантах или превышало эти показатели контрольных вариантов незначительно. Максимальное содержание калия в почве агротехнологических моделей «органоминеральная система удобрения на богаре» и 2-ой уровень минеральной и органоминеральной систем удобрения орошаемого участка сформировалось при балансе этого элемента: 0,84-0,62. Орошение на фоне повышенных доз удобрений стимулировало трансформацию калия из необменного состояния в подвижные формы: на богарном участке при интенсивности баланса 0,73 подвижный калий в почве не накапливался, а в условиях орошения при более экстенсивном балансе (0,62) количество его возросло.

В фоновых вариантах (1, 4) при величинах интенсивности баланса в 3,7 на богаре и в 2 раза при орошении меньших, чем в моделях с использованием средних доз удобрений (№№2,5 и 6) количество калия практически равно таковому в удобряемых вариантах. Значит, чем больше дефицит калия, тем интенсивнее сила его трансформации в подвижные формы.

Выводы:

. 1.В системе растение – почва - удобрение все компоненты взаимосвязаны и оказывают количественное или качественное влияние друг на друга. При добавлении орошения к этой системе характер и степень взаимовлияния растений, почвы и удобрений претерпевают существенные изменения. Вместе с тем, и растения и почва обладают определенной степенью устойчивости, компенсирующей как негативное, так и позитивное действие внешних факторов. Изменение продуктивности севооборота и плодородия почвы есть равнодействующая сил влияния внешних факторов, взаимодействия сельскохозяйственных культур и почвы с одной стороны и сил, обеспечивающих устойчивость растений и почвы к внешним факторам воздействия с другой стороны.

2.С наращиванием факторов интенсификации земледелия, продуктивность 1 га севооборота возросла с 22,6 до 70,7 ц з. ед./га как результат влияния изучавшихся факторов на урожайность сельскохозяйственных культур.

3.С увеличением степени агрогенной нагрузки отзывчивость системы на действие внешнего фактора снижается или полностью затухает. Так, увеличение доз при использовании минеральной системы удобрения со 177 до 269 мг/га д.в. и органоминеральной системы удобрения с 182 до 265 кг/га д.в. не сопровождалось повышением продуктивности. При интенсивности баланса фосфора 240% (модель 2) и в 151% (модель 5) содержание подвиж-ных форм элемента почвы было одинаковым (42 мг/кг).