ПОЧВОВЕДЕНИЕ, 2015, № 1, с. 95-105
УДК 631.4-633.34
АГРОХИМИЯ И ПЛОДОРОДИЕ ПОЧВ
влияние пространственной неоднородности почвенных свойств на рост и урожайность сои
© 2015 г. Н. Д. Кутузова1, Г. С. Куст1, 2, С. Ю. Розов2, Г. В. Стома2
Институт экологического почвоведения МГУ им. М.В. Ломоносова, 119991, Москва, Ленинские горы 2Факультет почвоведения МГУ им. М.В. Ломоносова, 119991, Москва, Ленинские горы e-mails: nkutuzova@yandex.ru;gkust@yandex.ru; rozov@soil.msu.ru;gstoma@yandex.ru Поступила в редакцию 10.12.2013 г.
На примере сопряженного исследования пространственной неоднородности и динамики биометрических показателей роста сои и урожайности, почвенных свойств, установлено, что основное влияние на рост и развитие сои на черноземах Краснодарского края оказывают мощность и плотность сложения подпахотного горизонта, определяющие накопление влаги в корнеобитаемой толще и ее динамику в критические фазы развития сои в течение вегетационного сезона.
Ключевые слова: плодородие, почвенный покров, влияние почвенных свойств, параметры урожайности.
DOI: 10.7868/S0032180X15010116
ВВЕДЕНИЕ
Оптимизация структуры сельскохозяйственных земель в зависимости от требований конкретных культур — одна из важнейших задач обеспечения продовольственной безопасности и эффективного использования почвенных ресурсов.
Для решения данной задачи в последние годы активно пропагандируется и внедряется концепция адаптивно-ландшафтного земледелия [7, 8, 13], главной целью которой является устойчивое воспроизводство ресурсов и среды в технологическом цикле получения продукции необходимого количества и качества [10].
Одной из наиболее востребованных и перспективных культур в мире в последние десятилетия является соя. Технологии возделывания сои считаются хорошо отработанными и уже многие годы применяются в Краснодарском крае. Вместе с тем, урожайность сои даже в пределах одного хозяйства при использовании одинаковых сортов и технологий выращивания сои по отдельным полям может составлять от 6—7 до 30—35 ц/га [1, 2]. Как видно из приведенного на рис. 1 фрагмента космического снимка, именно на соевых полях отмечается наиболее значительная неоднородность фотоизображения по сравнению с другими культурами, отражающая варьирование состояния растений в зависимости от пестроты почвенного покрова.
Предположение о том, что такая высокая степень варьирования урожайности сои — культуры с относительно глубокой корневой системой (в
отдельных случаях глубина может достигать 100 см при формировании основной массы корней в слое 0—60 см) — может определяться неоднородностью почвенных условий, что послужило отправным моментом при проведении наших исследований.
Важность изучения неоднородности пространственного распределения почвенных свойств, в том числе и в агроценозах, ранее отмечалась многими учеными [3—6, 11, 14]. Однако влияние пространственной и сезонной динамики почвенных свойств черноземов на рост и урожайность сои изучено недостаточно комплексно, хотя отдельные аспекты влияния почвенных свойств (преимущественно содержания элементов минерального питания растений) на урожайность сои на черноземах освещены в работе Баранова [12]. Особо следует отметить явный недостаток сведений применительно к практическому использованию полученных научных результатов для оценки и прогноза урожайности на уровне отдельного производственного поля.
Таким образом, цель работы состояла в ответе на два главных вопроса: 1 — может ли пространственная неоднородность почв быть причиной неоднородности урожайности сои в пределах отдельного производственного поля; 2 — если да, то какие свойства почв оказывают ключевое влияние на рост и урожайность сои, и каковы механизмы этого влияния?
500 м
I_I
Рис. 1. Отличие полей сои от других культур на космических снимках (ALOS RGB, съемка 30 августа 2007 г., фрагмент района исследований в Коренов-ском р-не Краснодарского края).
ОБЪЕКТЫ И МЕТОДЫ
Исследования проводились в Кореновском р-не Краснодарского края в мае—сентябре 2007 г. на четырех тестовых полях общей площадью 391 га. Для всех полей составлены детальные почвенные карты (масштаб 1 : 5000) и выбраны ключевые участки (КУ) в зависимости от размера поля, его конфигурации, разнообразия почв и положения в рельефе, а также с учетом способов обработки почвы (отвальная вспашка, чизелевание) и сортов сои ("Селекта", "Дельта"): всего 16 КУ. На каждом КУ проводили наблюдения за динамикой почвенных свойств и биометрических параметров сои на мониторинговых площадках размером 10 х 10 м по пяти фазам развития сои в следующие сроки (сроки наступления фаз незначительно различались по отдельным тестовым полям): 1 — фаза трех настоящих листьев (начало ветвления) — 11—16 июня; 2 — фаза бутонизации (начало цветения) — 23—26 июня; 3 — фаза начала формирования бобов — 16—19 июля; 4 — фаза налива основ-
ной массы бобов — 08—20 августа; 5 — фаза полного созревания семян перед уборкой — 25 августа— 08 сентября.
На каждом КУ закладывался опорный почвенный разрез, проводилось его морфологическое описание, отбор образцов почв для лабораторных исследований. В ходе этих работ была установлена одна из важнейших особенностей гумусовых горизонтов исследуемых черноземов — почти повсеместная стратификация их на пахотный гор. Ар, уплотненный подпахотный гор. Арё и собственно гумусовый гор. А [9].
В почвах определяли плотность сложения, влажность, рН, содержание гумуса, элементов минерального питания растений, проводили препарирование корневой системы с последующим ее фотографированием, подсчет клубеньков и оценку их качественного состояния. Мониторинг биометрических показателей сои производили по следующему набору параметров: количество растений сои на одном погонном метре в рядке, высота растений, вес одного растения, количество боковых побегов (ветвей), вес стебля с ветвями, количество и вес листьев, площадь листовой поверхности, количество и вес бобов и зерен на одном растении. Удельные показатели на одно растение рассчитывались как среднее из десяти растений.
Кроме того, для более детального исследования пространственной неоднородности свойств почв проводили исследования плотности сложения, влажности, рН, содержания гумуса, карбонатов, элементов минерального питания растений на тестовых полях методом "сетки". Отбор образцов осуществлялся до глубины 50 см по трем подгоризонтам (Ар, Арё и А). Частота покрытия точками опробования составила в среднем 1 точку на 4 га (15—27 точек на поле).
Статистическую обработку полученных результатов проводили с помощью программы 81а-Й8Йеа 6-1 при уровне значимости 0.05.
РЕЗУЛЬТАТЫ И ОБСУЖДЕНИЕ
Неоднородность роста и урожайности сои. К сожалению, в рамках одной статьи невозможно привести и обсудить детально весь массив данных по мониторингу биометрических показателей сои. Вместе с тем, даже часть этих данных, представленных в табл. 1, красноречиво демонстрирует, что итоговая урожайность сложным образом зависит от целого ряда параметров, закономерности изменения которых по ключевым участкам сильно различаются. Так, например, если на поле 407 количество зерен в одном растении примерно одинаково к четвертой фазе (то есть к фазе завершения формирования зерен), то на поле 103 этот параметр на разных
Таблица 1. Результаты наблюдений за ростом и урожайностью сои
Количество
на одном
№ клю- Высота растении
чевого участка расте-
ния, см (фаза 5) листьев бобов
(фаза 4) (фаза 4)
1 99.8 9.0 28.0
3 110.4 9.8 24.6
4 104.8 10.0 26.4
5 106.8 15.0 43.4
6 89.6 15.8 38.6
7 98.0 11.0 22.0
1 83.4 11.2 30.6
2 76.4 8.0 21.0
3 84.2 8.4 22.4
4 79.8 10.8 32.0
1 69.8 9.6 19.4
2 70.0 14.4 30.0
3 91.0 9.0 31.8
1 101.2 8.0 23.5
2 95.4 7.6 22.8
3 94.6 7.4 22.2
Площадь листовой поверхности одного расте- 2 ния, см2 (фаза 4) Количество зерен в бобе (фаза 4) Количество растений на 1 га Вес 1000 зерен, г Урожай ность, ц/га
1230.0 2.3 281624 154.5 30.03
680.0 2.3 271096 188.3 30.41
1010.0 2.1 280308 178.5 33.12
1630.0 2.3 248724 159.4 40.32
1190.0 2.4 309260 142.2 43.83
850.0 2.3 302680 156.5 41.53
Не опр. 2.0 357774 152.5 33.83
Не опр. 2.0 319997 155.4 37.10
800.0 2.3 426662 163.3 43.23
1080.0 2.3 413329 169.2 51.61
500.0 2.4 395552 173.4 46.20
1280.0 2.1 335552 205.3 46.71
870.0 2.3 299997 164.3 57.23
770.0 2.2 484396 143.9 36.42
70.0 2.3 428846 159.4 35.68
540.0 2.4 475508 135.2 36.51
Вес бобов одного растения, г (фаза 4)
Количество зерен в одном растении (фаза 4)
Вес зерен одного растения, г (фаза 5)
34.3 32.3 32.1 51.3 59.9
27.3
36.1
25.4 28.0 37.7
27.0 35.9 49.6
26.1
26.2 30.1
Поле 64.0 56.2 55.2 101.8 94.4 51.0
Поле 62.0 41.6 52.6 73.8 Поле
46.2 61.6 71.6
Поле
52.3 52.2 52.2
103 10.66 11.22 11.82 16.21 14.17 13.72 308 9.46 11.59 10.13 12.49 401 11.68 13.92 19.08 407 7.52 8.32 7.65
ключевых участках может отличаться вдвое. Вес зерен на одном растении может быть значителен, как, скажем, на КУ 5 поля 103 или КУ 3 поля 401, но относительно меньшее количество растений на единицу площади определяет и относительное уменьшение итоговой урожайности. Существенно различается и качество зерна, что можно заметить по показателю веса 1000 зерен, отличающемуся в пределах одного и того же поля иногда на 25—30%. Например, на КУ 6 поля 103 соя обладает максимальным количеством зерен в бобе, однако эти зерна оказываются наименее плотными, что ухудшает качество урожая.
Не менее разнообразно ведут себя и другие параметры, в том числе и те, которые косвенно определяют потенциальную урожайность (количество листьев, площадь листовой поверхности, количество бобов и др.). Неодинакова также и динамика изменений разных биометрических показателей от фазы к фазе по разным ключевым участкам.
Как следует из проведенных наблюдений, урожайность сои на тестовых полях складывается из разных параметров, распределение которых по полям (по отдельным КУ) сильно различается. Развитие сои на исследованных КУ происходило неравномерно, а вклад разных составляющих в
итоговые величины урожайности был неравнозначным на разных участках. В зависимости от условий произрас
Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.