Водный режим агроторфяных почв разных стадий эволюции и его влияние на продуктивность сельскохозяйственных культур

Одним из свойств осушенных торфяных почв, определяющих их уровень плодородия и производительную способность, является водный режим. Многими исследователями в качестве основного показателя водного режима почв используются продуктивные влагозапасы корнеобитаемого слоя почвы. О влиянии осушения и длительного сельскохозяйственного использования на водный режим агроторфяной почвы имеются различные мнения. Однако чаще всего считается, что на торфяных почвах сразу же после их осушения содер жание продуктивной влаги начинает снижаться за счет сработки органического вещества и уплотнения торфа.

А. П. Лихацевич и др. [54-56, 58, 151 и др.], исследуя зависимость изменения продуктивных влагозапасов от 130-135 до 77 мм/га от плотности почвы в пределах 0,3-1,5 г/см³ (охватывает спектр почв от агроторфяных до минеральных постторфяных), приходит к выводу, что продуктивные влагозапасы (слой 0-30 см) постоянно находятся на достаточно высоком уровне - 130-135 мм. Они начинают снижаться только на стадии перехода агроторфяной в разряд торфяно-минеральной почвы (плотность 0,6 г/см³ и больше), причем максимальное уменьшение продуктивных влагозапасов (с 135 до 77 мм) происходит при полной сработке органического вещества торфа и получении почвой всех признаков зональных почв. Авторы работы отмечают, что водный режим агроторфяной почвы может лимитировать почвенное плодородие только со стадии торфяно-минеральной. Нижний предел снижения почвенной влаги в процессе эволюции агроторфяных соответствует зональным минеральным почвам, в связи с чем можно считать, что постторфяные по продуктивным влагозапасам не хуже зональных минеральных почв.

Н. И. Смеян и др. [137], проведя сравнительную оценку изменения водных свойств в зависимости от степени сработки торфа, установил (см. табл. 2.1), что в результате осушения торфяно-болотных почв и последующего их сельскохозяйственного использования происходит трансформация как агрофизических, так и показателей водного режима. По мере снижения содержания в них органического вещества полевая влажность уменьшается с 189,0 (почва агро-торфяиая) до 23,4 % (минеральная постторфяиая), а запасы продуктивной влаги в почвах (слой 0-50 см) - от 340 до 146 мм/га. В целом изменение агрофизических свойств и водного режима по мере сработки органогенного слоя смещается в сторону ухудшения их основных характеристик. На основании полученных результатов исследований авторы этой работы установили влияние степени деградации осушенных торфяных почв на их производительную способность.

Н. Н. Семененко, Е. В. Каранкевич [41] в условиях стационарного полевого опыта в течение 3 лет исследовали влияние содержания в почве ОВ на состояние продуктивных влагозапасов весной перед севом культур и средних (равновесных) за вегетационный период и на производительную способность почв. Результаты исследований, представленные в табл. 2.2, показывают, что в среднем за три года в агроторфяной, торфяно-минеральной и остаточноторфяной почве продуктивные влагозапасы в слое 0-50 см весной перед севом культур находились на уровне 406, 353, 254-160 мм соответственно. Наибольший запас влаги отмечен в агроторфяной и торфяно-минеральной и наиболее низкий - в остаточно торфяной почве. В целом по исследуемым почвам наиболее стабильные по годам запасы продуктивной влаги отмечаются в агроторфяных (СИ= 7 %), выше коэффициент варьирования запасов влаги наблюдается в почвах с более низким содержанием ОВ. Исходя из данных, представленных на рис. 2.13, видно, что средние запасы продуктивной влаги за период вегетации культур (равновесные) ниже, чем весной перед севом.

Таблица 2.2. Состояние продуктивных влагозапасов в агроторфяных почвах разных стадий эволюции весной перед севом культур (слой 0-50 см)

Анализ изменения запасов продуктивной влаги в слое 0-50 см в почвах разных стадий эволюции от содержания в них ОВ выявил, что между этими показателями существует тесная связь, описываемая уравнением регрессии вида:

У= 122,51п(х) - 105; R- = 0,95,

где У - запас продуктивной влаги (слой 0-50 см), мм; х₍₅__8О) - содержание ОВ в почве, %.

В зависимости от степени трансформации антропогенно-преобразованных торфяных почв запасы продуктивной влаги (слой 0-50 см) в них могут изменяться от 432 до 130 мм и менее.

Таким образом, со снижением содержания органического вещества содержание продуктивной влаги в почве уменьшается: в торфяно-минеральной (ОВ -39,8 %) по отношению к агроторфяной (ОВ - 67,1 %) на 13 %, минеральной остаточно-торфяной (ОВ - 19,8; 15,1 и 10,8 %) - на 37, 50 и 61 % соответственно. Из этих данных видно, что значение ОВ в формировании продуктивных влагозапасов в почве велико. Расчеты показывают, что при снижении содержания в антропогенно-преобразованных торфяных почвах ОВ, например, на 10 % продуктивные влагозапасы снижаются на 40-50 мм.

Рис. 2.13. Динамика продуктивных влагозапасов весной перед севом культур и за период вегетации (среднее за 3 года)

Проведенный учет урожайности картофеля, яровой пшеницы и кукурузы на зеленую массу на исследуемых почвах показал (гл. 6, табл. 6.3), что в целом по трем культурам производительная способность агроторфяных, торфяноминеральных и остаточно-торфяных почв с содержанием органического вещества более 15,1 % на фоне внесения удобрений различается несущественно, отклонение от средней арифметической не превышает 6 %. Только на минеральной остаточно-торфяной с содержанием ОВ 10,8 % средняя за три года продуктивность снизилась по сравнению с агроторфяной почвой на 21,3 ц/га к. ед., или на 23 %. На снижение продуктивности негативное влияние оказали более низкие запасы продуктивной влаги в этой почве, это повлияло на формирование урожайности прежде всего картофеля и пшеницы. Кукуруза как более засухоустойчивое растение урожайность зеленой массы снизила несущественно. Можно предполагать, что при более низких запасах в почве органического вещества и продуктивной влаги урожайность культур на таких почвах снизится еще в большей степени. В целом же продуктивность сельскохозяйственных культур находится в тесной связи с содержанием органического вещества и влагозапасами в почве (рис. 2.14).

Анализ изменения уровня продуктивности культур за звено севооборота от запасов продуктивной влаги в слое 0-50 см в почвах разных стадий эволюции выявил, что между этими показателями существует тесная связь, описываемая уравнением регрессии следующего вида:

У=31,31п(х)-85; R¹ = 0,93;

где У - средняя продуктивность культур за звено севооборота, ц/га; х_{)30_₄₃₀₎ -запас продуктивной влаги в почве (слой 0-50 см), мм.

Для формирования высокой урожайности сельскохозяйственных культур, особенно зерновых, в зоне Полесья на антропогенно-преобразованных торфяных почвах, подстилаемых песком, имеет важное значение складывающийся

Рис. 2.14. Зависимость весенних влагозапасов и продуктивности культур от содержания ОВ в почве водный режим в течение их вегетации [45, 53, 101, 105, 106 и др.]. Исследования влияния динамики влагозапасов в почве (слой 0-50 см) по основным фазам развития зерновых культур на формирование продукционного процесса и урожайности ярового и озимого тритикале и ячменя проводили в 2001-2012 гг. в условиях полевого стационара на землях ПОСМЗиЛ. Почва минеральная остаточно-торфяная, подстилается с глубины 35-40 см песком, содержание ОВ - 21-24 %. Предшественник во все годы исследований - пелюш-ко-овсяная смесь, яровое и озимое тритикале и ячмень сортов Лана, Михась и Дивосный соответственно.

В результате проведенных исследований установлено (рис. 2.15), что в отдельные годы запасы продуктивной влаги в почве как весной, так и в период вегетации растений существенно различаются. Особенно этому способствует крайне неравномерное по периодам вегетации растений выпадение осадков. Рассмотрим динамику запасов продуктивной влаги в почве и их влияние на формирование урожайности на примере озимого тритикале (2006-2009 гг.). Продуктивные влагозапасы в почве в начале вегетационного периода (весной) -наибольшие, в отдельные годы они находились на уровне 124-216 мм. Затем постепенно снижались, достигая наименьших величин в основном к периоду флаговый лист - колошение. Если продуктивные влагозапасы в фазу «весеннее кущение» принять за 100 %, то в конце кущения и начала трубкования они будут составлять 81 %, флагового листа - 63, колошения - 72 и молочной спелости - 75 % к исходному.

Для формирования урожайности озимого тритикале и других зерновых культур критическим в отношении влаги и потребления элементов питания является период конец кущения - флаговый лист. Запасы продуктивной влаги в почве в этот период в 2008 г. были наибольшими - 205 мм, а в 2007 г. - низ-

« 2006 - а -2007 —« - 2008 —• -2009

Рис. 2.15. Динамика продуктивных влагозапасов в почве (слой 0-50 см) по фазам роста и развития растений озимого тритикале: I - конец весеннего кущения; II - флаговый лист;

III - колошение; IV - молочная спелость; V - созревание кими - 101 мм, что и отразилось на сформировавшейся урожайности озимого тритикале. За весь период весенне-летней вегетации озимого тритикале наибольшие запасы в почве были в 2008 г. - 833 мм, а самыми низкими - в 2007 г. -558 мм. В результате многолетних исследований установлены ориентировочные оптимальные запасы продуктивной влаги в слое 0-50 см на начало периода: весеннее кущение - 140-200 мм, конец кущения - 130-180, флаговый лист -110-150, колошение - 90-120 и молочная спелость - 80-90 мм. Между запасами продуктивной влаги на конец кущения и урожайностью установлена корреляционная связь, описываемая следующим уравнением регрессии:

у = 0,0008х² - 0,03х + 37; R² = 0,72.

Расчеты показывают, что при снижении запасов продуктивной влаги на 25 или 50 мм от оптимального (200 мм) в фазу конец кущения урожайность озимого тритикале также снижается на 8 или 13 ц/га соответственно.

Важнейшим показателем водного режима почвы и его влияния на формирование урожайности зерновых является также состояние расхода продуктивной влаги за период конец кущения - флаговый лист (рис. 2.16).

За этот период расход продуктивной влаги сильно колебался по годам и в 2006 г. составил 78 мм, 2007 г. - 33, 2008 г. - 103 и в 2009 г. - 59 мм, что способствовало формированию соответствующего уровня урожайности зерна озимого тритикале - 53, 39, 78 и 55 ц/га соответственно. Между изменением расхода продуктивной влаги за период конец кущения - флаговый лист и уровнем формируемой урожайности установлена тесная связь, описываемая следующим уравнением:

II III IV

V фаза развития

—•--2006 - Л - 2007 —а - 2008 —• - 2009

Рис. 2.16. Изменение суммарного расхода продуктивной влаги (слой 0-50 см) по этапам роста и развития растений озимого тритикале: I - конец весеннего кущения; II - флаговый лист;

III - колошение; IV - молочная спелость; V - созревание

У=0,4х + 22,2; R² = 0,83;

где У — урожайность зерна, ц/га; х^з-юз)~ расход продуктивной влаги за период, мм.

Таким образом, установлено, что под влиянием осушения и сельскохозяйственного использования агроторфяная почва трансформируется. По мере «сработки» почв увеличивается зольность и объемная масса, снижаются запасы органического вещества и продуктивной влаги и их производительная способность. Оптимизируя водный режим растений, особенно в период конец кущения - флаговый лист, который длится в среднем около 3 недель, можно дополнительно формировать урожайность зерна до 1,5 т/га, достигая общего уровня 5-6 т/га и более. Другие результаты исследований влияния влагообе-спечениости почв на продукционный процесс зерновых культур приведены в ч. 2, гл. 1.