Управление режимом органического вещества почвы при биологизации земледелия
- Авторы: Савченко Е.С.1, Лукин С.В.2,3
-
Учреждения:
- Российская академия наук
- Центр агрохимической службы «Белгородский»
- Белгородский государственный национальный исследовательский университет
- Выпуск: № 6 (2024)
- Страницы: 62-65
- Раздел: Земледелие
- URL: https://kazanmedjournal.ru/2500-2082/article/view/659227
- DOI: https://doi.org/10.31857/S2500208224060147
- EDN: https://elibrary.ru/WTHZSC
- ID: 659227
Цитировать
Полный текст
Аннотация
Исследования проводили в Белгородской области (2010–2022 годы), расположенной на юго-западе Центрально-Черноземного района (ЦЧР). Цель работы заключалась в анализе результатов внедрения элементов биологизации земледелия на содержание органического вещества в пахотных почвах. Установлено, что несмытые пахотные черноземы типичные и выщелоченные при длительном сельскохозяйственном использовании потеряли 39,8–42,0% органического вещества, по сравнению с целинными аналогами. В 2019–2022 годах, по сравнению с 2010–2014, уровень внесения органических удобрений увеличился в два раза и достиг 9,6 т/ га, площадь посева сидеральных культур выросла в 2,56 раза (до 317 тыс. га/год). За эти же годы в связи с ростом урожайности сельскохозяйственных культур выход побочной продукции увеличился (в зависимости от культуры) на 18,8–37,6% (2,07–10,3 т/га). Площадь чистых паров сократилась в 2,73 раза до 47,1 тыс. га/год. В области широко внедряются минимальные технологии обработки почвы, в том числе no-till, и реализуются комплексные противоэрозионные мероприятия. В 2019–2022 годах средневзвешенное содержание органического вещества в пахотном слое почв увеличилось на 0,3% (до 5,3%), запасы – 9 т/га (до 159 т/га). На каждом гектаре посевной площади в среднем накопилось 19 углеродных единиц рыночной стоимостью около 19 тыс. руб. Доля почв, содержащих органическое вещество в пределах 6,1–8,0%, возросла до 20,0%, 2,1–4,0% – уменьшилась до 10,9%.
Ключевые слова
Полный текст
В соответствии с традиционными представлениями органическое вещество почвы – это совокупность всех органических веществ, находящихся в форме гумуса, остатков животных и растений. Его часть (85…90%), представленная совокупностью специфических и неспецифических органических веществ почвы, за исключением соединений, входящих в состав живых организмов и их остатков, называется гумусом. [6] Использование термина «гумус» в последнее десятилетие вызывает много дискуссий в связи с выходом работы известных зарубежных ученых И. Лехмана и М. Клебера. Они предложили отказаться от его применения, поскольку в почве обнаруживаются только продукты разложения органических веществ на разных этапах этого процесса. [1, 13]
Согласно классическим представлениям В.В. Докучаева и П.А. Костычева, органическое вещество – важнейший качественный признак, который отличает почву от мертвой материнской породы. [1, 2] Гумусовый слой почв планеты нередко называют особой энергетической оболочкой – гумусосферой. [5] Энергия, накапливаемая в этом слое, – основа существования и эволюции жизни на Земле.
Органическое вещество почвы – мощный геохимический аккумулятор углерода и во многом определяет параметры круговорота этого элемента в природе. Одна из важнейших экологически обусловленных задач современности – депонирование углерода атмосферы в биомассе наземных экосистем и длительная его консервация.
В составе органического вещества сосредоточено около 90% азота почвы, значительное количество макро-, мезо- и микроэлементов. Поэтому в экстенсивных системах земледелия, которые характеризуются низким уровнем использования минеральных удобрений, от величины данного параметра во многом зависит пищевой режим почв. В пахотном слое черноземов Белгородской области содержание органического вещества тесно коррелирует (R=0,95) с концентрацией легкогидролизуемого азота. [8]
От уровня содержания органических веществ зависят такие параметры почвы, как цвет и альбедо, температура, влагоемкость, структура, температура, емкость катионного обмена (ЕКО). При высоком уровне содержания органического вещества в почвах снижаются миграционные потери элементов питания и подвижность тяжелых металлов, увеличивается микробиологическая активность, усиливается детоксикация остаточного количества пестицидов.
Дегумификация пахотных почв – одна из самых острых и масштабных экологических проблем земледелия. Низкое содержание органического вещества имеют 52% пахотных почв. [11, 14]
Реализация мероприятий, направленных на повышение содержания органического вещества, – важнейшая задача современного земледелия, способствующая повышению качества почв и продуктивности агроценозов.
Цель работы – обобщить и проанализировать результаты внедрения элементов биологизации земледелия на содержание органического вещества в почвах пашни.
МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ
Исследования проводили в Белгородской области, территория которой включает лесостепную и степную природные зоны. Черноземы типичные и выщелоченные преобладают в лесостепной зоне, обыкновенные – в степной. Доля эродированной пашни составляет 47,9%. [9]
Климат зоны – умеренно континентальный. Величина гидротермического коэффициента (ГТК) по Селянинову изменяется от 0,9 на юго-востоке до 1,2 на западе области.
В качестве объекта фонового мониторинга был выбран незатронутый хозяйственной деятельностью (целинный) участок – Ямская степь государственного заповедника Белогорье, расположенный на севере лесостепной зоны в муниципальном образовании (МО) «Губкинский городской округ».
В статье использованы материалы 9 цикла (2010–2014 годы), 10 (2015–2018) и 11 (2019–2022) сплошного агрохимического обследования пахотных почв, проводимого центром агрохимической службы «Белгородский». В течение каждого цикла обследовали всю площадь пашни области и анализировали около 70 тыс. проб. В почвенных пробах, отбираемых из пахотного слоя с элементарных участков площадью 15…20 га, определяли содержание органического вещества по методу Тюрина (ГОСТ 26213–2021). [10]
Математическую обработку данных проводили автоматически с помощью программного комплекса ГИС «Агроэколог Онлайн». [15, 16] В работе рассмотрены опубликованные материалы Федеральной службы государственной статистики. [12]
РЕЗУЛЬТАТЫ И ОБСУЖДЕНИЕ
Содержание органического вещества в целинных почвах обусловлено особенностями почвообразовательного процесса. Черноземные почвы на территории области сформировались под травянистой растительностью в послеледниковое время – 9…12 тыс. лет назад. В верхнем слое гумусово-аккумулятивного горизонта фоновых черноземов выщелоченных и типичных содержится 9,7 и 10,1% органического вещества соответственно. [5] Наиболее интенсивно дегумификация происходит в течение первого десятилетия после распашки целинных почв, при этом потери органического вещества могут достигать 30% исходного содержания. Впоследствии его содержание стабилизируется. [8, 11]
В результате длительного сельскохозяйственного использования количество органического вещества в пахотном слое несмытых черноземов выщелоченных и типичных на территории МО «Губкинский городской округ», прилегающей к заповедному участку Ямская степь, снизилось до 5,84…5,86%. Пахотные черноземы потеряли 39,8…42,0% органического вещества от исходного в целинных аналогах. Слабосмытые черноземы выщелоченные и типичные в зависимости от экспозиции склона содержат 4,92…5,18% органического вещества. Существенных различий по данному показателю между подтипами черноземов не установлено. По сравнению с несмытыми целинными аналогами, в слабосмытых черноземах он ниже на 48,4…49,9% (табл. 1). Наблюдается тенденция роста показателя в почвах холодных (северные) склонов, по сравнению с нейтральными (западные, восточные) и особенно теплыми (южные).
Таблица 1. Содержание органического вещества в пахотном слое черноземов типичных и выщелоченных МО «Губкинский городской округ»
Степень смытости | Экспозиция | x– ± t05s x– | lim | V, % | n |
Чернозем выщелоченный | |||||
Несмытые | плакор | 5,84 ± 0,10 | 5,1…6,8 | 7,1 | 65 |
Слабосмытые | западная, восточная | 5,00 ± 0,37 | 3,7…6,5 | 15,0 | 17 |
Слабосмытые | южная | 4,92 ± 0,27 | 3,6…6,4 | 11,3 | 23 |
Слабосмытые | северная | 5,10 ± 0,32 | 3,5…6,7 | 13,2 | 26 |
Чернозем типичный | |||||
Несмытые | плакор | 5,86 ± 0,11 | 5,1…6,8 | 7,3 | 69 |
Слабосмытые | западная, восточная | 5,02 ± 0,31 | 3,7…6,0 | 12,1 | 17 |
Слабосмытые | южная | 4,97 ± 0,24 | 2,7…5,9 | 14,4 | 36 |
Слабосмытые | северная | 5,18 ± 0,16 | 3,4…6,4 | 10,9 | 52 |
В 2011 году правительством Белгородской области был взят курс на биологизацию земледелия, основная цель которой – создание условий для самовосстановления почв за счет биологических факторов и увеличения продуктивности агроценозов как минимум в полтора раза. [7]
В связи с тем, что землепользователи осуществляют хозяйственную деятельность в неодинаковых почвенно-климатических условиях, имеют разную специализацию и материально-технические возможности, для них разрабатываются проекты адаптивно-ландшафтных систем земледелия и охраны почв (АЛСЗ), содержащие конкретные планы мероприятий по биологизации, в том числе формированию бездефицитного баланса органического вещества почв. [4]
Структура, срок действия, механизм согласования и реализации этого важного природоохранного документа были регламентированы постановлением губернатора Белгородской области № 9 от 4 февраля 2014 года «Об утверждении Положения о проекте адаптивно-ландшафтной системы земледелия и охраны почв». Вопросы регулируются постановлением Правительства Белгородской области от 25 апреля 2022 года № 249-пп «Об утверждении Положения о проекте адаптивно-ландшафтной системы земледелия и охраны почв».
Белгородская область располагает развитым животноводством и большими ресурсами органических удобрений, которые необходимо экономически выгодно и экологически безопасно использовать для повышения плодородия почв. В зернопропашных севооборотах Центрального Черноземья дозы внесения подстилочного навоза крупного рогатого скота (КРС) для формирования бездефицитного баланса органического вещества почв находятся в пределах от 6 до 8 т/ га севооборотной площади. В зернотравяных и травяно-зерновых севооборотах с долей многолетних трав более 40% положительный баланс органического вещества формируется на основе поступления большого количества растительных остатков, сокращения минерализации и смыва почвы. [8]
В 2010–2014 годах в среднем на гектар общей посевной площади вносили 4,8 т органических удобрений, 2015–2018 – 8,1, 2019–2022 – 9,6 т. [16] Из каждой тонны подстилочного навоза КРС в почве образуется 36…60 кг органического вещества. [3] Площадь посева многолетних трав в 2010–2022 годах – 79,2…95,8 тыс. га, площадь травяно-зерновых севооборотов, в которых накопление органического вещества почвы возможно без использования органических удобрений, по нашим оценкам, составляла 198…240 тыс. га.
По уровню использования органических удобрений Белгородская область – лидер в России. [8] Однако в связи с тем, что их технически сложно и экономически невыгодно вносить на поля, удаленные от места размещения животноводческих комплексов, правительством области была реализована программа софинансирования затрат на возделывание сидеральных культур. Пожнивные сидераты – посевы горчицы белой и редьки масличной. По содержанию органического вещества 1 т биомассы крестоцветных сидератов приравнивается к 0,7 т навоза КРС. [3] До реализации программы биологизации земледелия посевы сидератов в области практически не применяли (табл. 2). В 2010–2014 годах их высевали на площади 124 тыс. га/ год, 2015–2018 – 303, 2019–2022 – 317 тыс. га/год (22 % общей посевной площади).
Таблица 2.Динамика площади посева основных сельскохозяйственных культур, сидератов и чистых паров, тыс. га
Культура | Годы | ||
2010–2014 | 2015–2018 | 2019–2022 | |
Общая посевная площадь | 1376,0 | 1428,5 | 1440,4 |
Чистые пары | 128,6 | 64,7 | 47,1 |
Сидеральные культуры | 124 | 303 | 317 |
Озимая пшеница | 272,5 | 361,3 | 397,5 |
Яровой ячмень | 231,0 | 173,1 | 107,9 |
Подсолнечник | 170,3 | 139,8 | 165,9 |
Кукуруза на зерно | 132,9 | 145,6 | 123,8 |
Соя | 105,4 | 208,6 | 282,8 |
Многолетние травы | 81,3 | 95,8 | 79,2 |
Сахарная свекла | 92,0 | 71,0 | 54,7 |
Важное значение для восполнения запасов почвенного органического вещества имеет побочная продукция сельскохозяйственных культур, оставляемая на полях после уборки урожая. В Белгородской области на протяжении последних десятилетий предпринимали жесткие административные меры, направленные на недопущение сжигания соломы. По содержанию органического вещества 1 т соломы приравнивается к 3,6 т навоза КРС. [3] По уравнениям регрессии мы рассчитали выход побочной продукции в зависимости от урожайности основных сельскохозяйственных культур, возделываемых в Белгородской области (табл. 3). В 2019–2022 годах, по сравнению с 2010–2014, поступление побочной продукции озимой пшеницы увеличилось на 1,24 т/га сухого вещества (22,9%), ячменя – 0,99 (31,2), кукурузы – 2,59 (33,6), сои – 0,47 (29,4), сахарной свеклы – 0,88 т/га (18,8%).
Таблица 3. Динамика урожайности и выхода побочной продукции сельскохозяйственных культур, т/га
Культура | Годы | ||||
2010–2014 | 2015–2018 | 2019–2022 | отклонение 2019–2022 к 2010–2014 | ||
т/га | % | ||||
Урожайность основной продукции | |||||
Пшеница озимая | 3,54 | 4,50 | 5,09 | 1,55 | 43,8 |
Ячмень яровой | 2,72 | 3,46 | 3,82 | 1,10 | 40,4 |
Кукуруза на зерно | 4,97 | 6,65 | 7,15 | 2,18 | 43,9 |
Подсолнечник | 2,10 | 2,66 | 3,00 | 0,90 | 42,9 |
Соя | 1,60 | 2,13 | 2,07 | 0,47 | 29,4 |
Сахарная свекла | 36,8 | 44,1 | 45,6 | 8,80 | 23,9 |
Выход побочной продукции | |||||
Пшеница озимая | 5,42 | 6,19 | 6,66 | 1,24 | 22,9 |
Ячмень яровой | 3,17 | 3,83 | 4,16 | 0,99 | 31,2 |
Кукуруза на зерно | 7,71 | 9,73 | 10,3 | 2,59 | 33,6 |
Подсолнечник | 4,31 | 5,32 | 5,93 | 1,62 | 37,6 |
Соя | 1,60 | 2,13 | 2,07 | 0,47 | 29,4 |
Сахарная свекла | 4,68 | 5,41 | 5,56 | 0,88 | 18,8 |
За годы реализации программы биологизации в области существенно сократилась площадь чистых паров (со 128,6 тыс. га в 2010–2014 годах до 47,1 тыс. га в 2019–2022) и увеличилась общая посевная площадь. Размер потерь органического вещества почв под чистыми парами в результате некомпенсированной минерализации оценивается в 3 т/га (0,02 % запасов). По нашему мнению, наличие чистых паров, особенно в лесостепной зоне ЦЧР, противоречит принципам биологизации земледелия.
Размеры минерализации органического вещества снижаются при переходе от традиционной вспашки к минимальным способам обработки почвы, в том числе технологии прямого сева. В Белгородской области прямой посев проводят на 24% всей посевной площади и, в первую очередь, в звене севооборота соя-озимая пшеница.
В последние годы проявлен большой интерес к внедрению системы no-till (полный отказ от обработок почвы в севообороте). Ее применяют на 12% общей посевной площади. [5] Например, в ООО «Мясные Фермы – Искра» при многолетнем использовании системы no-till без внесения органических удобрений содержание органического вещества в почвах увеличилось с 2018 по 2022 годы в среднем на 0,14%.
Самая масштабная экологическая проблема в земледелии Белгородской области – развитие водной эрозии почв. По МО доля эродированных пахотных почв – 23…66%, величина ежегодных потерь органического вещества со смытой почвой – 0,16…0,28 т/га. [11]
Поэтому в проектах АЛСЗ особое внимание уделяют разработке комплекса противоэрозионных мероприятий и дифференцированному размещению севооборотов различной специализации по элементам ландшафта в зависимости от степени проявления эрозионных процессов. На большей части слабосмытых и всей площади средне- и сильносмытых почв размещают почвозащитные севообороты с высокой долей многолетних трав. Сильносмытые почвы с выходом на поверхность меловых пород часто отводят под постоянное залужение или облесение. Популярна в области практика залужения крупных водотоков.
Освоение проектов АЛСЗ привело к резкому увеличению объемов лесомелиоративных работ, созданию водорегулирующих, прибалочных и приовражных лесополос. В среднем за 2013–2021 годы лесомелиоративные мероприятия ежегодно проводили на площади 6,7 тыс. га. На склоновых землях используют различные агротехнические приемы, направленные на сокращение смыва почвы.
В результате осуществления мероприятий по регулированию режима органического вещества средневзвешенная величина данного параметра в пахотных почвах возросла с 5,0 (2010–2014) до 5,3% (2019–2022). Увеличение содержания органического вещества на 0,3% соответствует росту его запасов в пахотном слое массой 3 тыс. т/га на 9 т/га, в которых депонируется 5,2 т/га углерода, что эквивалентно 19 углеродным единицам (19 т CO2). За период исследований их накопление на всей площади пашни области составило около 28,26 млн ед. (общая рыночная стоимость – 28,26 млрд руб.).
В 2019–2022 годах доля почв с повышенным содержанием органического вещества (6,1…8,0%) возросла до 20,0%, с низким (2,1…4,0%) – сократилась до 10,9%. Преобладающие (68,9%) – пахотные почвы с его количеством в пределах 4,1…6,0% (табл. 4). Средневзвешенное содержание органического вещества в почвах МО – 4,07 (Грайворонский район) ... 6,03% (Прохоровский), в зависимости от условий почвообразования.
Таблица 4. Динамика обеспеченности пахотных почв органическим веществом, % обследованной площади
Показатель | Цикл/годы | |||
9 2010–2014 | 10 2015–2018 | 11 2019–2022 | ||
Средневзвешенное содержание, % | 5,0 | 5,2 | 5,3 | |
Распределение по группам обеспеченности, % обследованной площади | очень низкое (<2,0%) | 0,4 | 0,4 | 0,1 |
низкое (2,1…4,0%) | 14,5 | 13,1 | 10,9 | |
среднее (4,1…6,0%) | 77,0 | 70,6 | 68,9 | |
повышенное (6,1…8,0%) | 8,1 | 15,9 | 20,0 |
В Центральном Черноземье наиболее высокое его средневзвешенное содержание характерно для пахотных почв Тамбовской области (6,5%), в ее южной части («Мордовский район») – 7,3%. Самое низкое содержание органического вещества установлено в почвах пашни Курской области (4,7%), в ее западной части («Хомутовский район») – 3,3%. Отмеченные различия обусловлены особенностями почвообразовательного процесса. [8]
Выводы. Несмытые пахотные черноземы типичные и выщелоченные в результате длительного сельскохозяйственного использования потеряли 39,8…42,0% органического вещества, по сравнению с целинными аналогами. В 2019–2022 годах уровень внесения органических удобрений был в два раза больше, чем в 2010–2014 и достиг 9,6 т/га, площадь посева сидеральных культур выросла в 2,56 раза (до 317 тыс. га/год). За эти же годы в связи с ростом урожайности сельскохозяйственных культур выход побочной продукции увеличился на 18,8…37,6% (2,07…10,3 т/га). Площадь чистых паров сократилась в 2,73 раза до 47,1 тыс. га/год. В области внедряются минимальные технологии обработки почвы, в том числе no-till, и реализуются комплексные противоэрозионные мероприятия. В 2019–2022 годах средневзвешенное содержание органического вещества в пахотном слое почв увеличилось на 0,3% (до 5,3%), запасы – на 9 т/ га (до 159 т/ га). На каждом гектаре посевной площади в среднем накопилось 19 углеродных единиц рыночной стоимостью 19 тыс. руб. Доля почв, содержащих органическое вещество в пределах 6,1…8,0%, возросла до 20,0%, 2,1…4,0% – уменьшилась до 10,9%.
Об авторах
Евгений Степанович Савченко
Российская академия наук
Email: serg.lukin2010@yandex.ru
член-корреспондент РАН
Россия, МоскваСергей Викторович Лукин
Центр агрохимической службы «Белгородский»; Белгородский государственный национальный исследовательский университет
Автор, ответственный за переписку.
Email: serg.lukin2010@yandex.ru
ORCID iD: 0000-0003-0986-9995
доктор сельскохозяйственных наук, профессор
Россия, Белгород; БелгородСписок литературы
- Дергачева М.И. Традиции и новаторство в Учении о гумусе почв // Почвы и окружающая среда. 2021. Т. 4. № 4. 172 с. https://doi.org/10.31251/pos.v4i4.172
- Докучаев В.В. Русский чернозем. М.: «Книга по Требованию», 2012. 559 с.
- Иванов А.Л. и др. Рекомендации по проектированию интегрированного применения средств химизации в ресурсосберегающих технологиях адаптивно-ландшафтного земледелия: инструктивно-методическое издание. М.: «Росинформагротех», 2010. 464 с.
- Кирюшин В.И. Методология землепользования и землеустройства на ландшафтно-экологической основе, СПб.: ООО «Квадро», 2024. 336 с.
- Лукин C.B., Соловиченко В.Д. Результаты мониторинга плодородия почв государственного заповедника «Белогорье» // Достижения науки и техники АПК. 2008. № 8. С. 15–17. EDN JWVMAP.
- Почвы. Термины и определения. ГОСТ 27593-88. М.: Стандартинформ, 2006. 11 с.
- Савченко Е.С. Выступление Губернатора Белгородской области, члена-корреспондента РАН Е.С. Савченко // Вестник Российской академии наук. 2019. Т. 89. № 5. С. 525–526. https://doi.org/10.31857/S0869-5873895525-526
- Семёнов В.М., Когут Б. М. Почвенное органическое вещество. М.: ГЕОС, 2015. 223 с.
- Соловиченко В.Д. Плодородие и рациональное использование почв Белгородской области. Белгород: Отчий дом, 2005. 292 с.
- Сычёв В.Г., Аристархов А.Н., Володарская И.В. и др. Методические указания по проведению комплексного мониторинга плодородия почв земель сельскохозяйственного назначения. М.: МСХ, 2003. 195 с.
- Чекмарёв П.А. Состояние плодородия почв и мероприятия по его повышению в 2012 г. // Агрохимический вестник. 2012. № 1.С. 2–4.
- Электронный ресурс. http://www.fedstat.ru/indicators/stat.do (дата обращения 24.04.2023).
- Lehmann J., Kleber M. The contentious nature of soil organic matter. Nature. 2015. Vol. 528. p. 60–68. https://doi.org/10.1038/nature16069
- Lukin S.V. Dynamics of Agroecological State of Soils in the Belgorod Region during Long-Term Agricultural Use // Eurasian Soil Science. 2023. Vol. 56. No. 12. P. 1986–1998. https://doi.org/10.1134/s1064229323602123
- Malysheva E.S. Appication of geoinformation systems for a complex analysis of data from agrochemical and soil-erosion monitoring of soils, Bio web of conferences: International Scientific and Practical Conference «Fundamental Scientific Research and Their Applied Aspects in Biotechnology and Agriculture» (FSRAABA 2021), EDP Sciences, Tyumen, 19–20 July (2021), 36, 03016. https://doi.org/10.1051/bioconf/20213603016
- Malysheva E.S., Malyshev A.V., Kostin I.G. Complex Analysis of Data from Agrochemical and Soil-Erosion Monitoring Using Geoinformation Systems // IOP Conference Series: Earth and Environmental Science, Ussurijsk, 20–21 июня 2021 года. Ussurijsk. P. 032070. https://doi.org/10.1088/1755-1315/937/3/032070
Дополнительные файлы
