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.
