Проблема защиты почв от водной эрозии и дефляции является одной из важнейших задач современных систем земледелия, которая должна решаться в конкретных почвенно-климатических условиях на основе системы почвозащитных севооборотов.
На склоновых землях полевой эксперимент приобретает ряд отличительных особенностей, определяемых возможностями проявления водной эрозии разной степени интенсивности. Его специфика обусловлена почвозащитной направленностью решаемых задач, предусматривающей задержание осадков на месте их выпадения и безопасный сброс не поглощенных вод.
В основе программы полевых опытов с севооборотами на склонах при решении их почвозащитной направленности главным критерием сравнительной оценки изучаемых воздействий должна быть качественная оценка поверхностного стока, интенсивности смыва почвы и изменение продуктивности пашни.
С учетом перспективы развития земледелия в конкретном регионе, предметом исследований могут быть следующие задачи:
1. Выявление оптимального соотношения зерновых, пропашных культур, чистых паров и многолетних трав в севооборотах для склонов разной крутизны.
2. Изучение влияния промежуточных культур на продуктивность и почвозащитную эффективность севооборотов на склонах.
3. Сочетание севооборотов на склонах с обработкой почвы, внесением удобрений и другими агротехническими мероприятиями (многофакторные опыты).
4. Способы усиления почвозащитной эффективности севооборотов (полосное размещение посевов, буферные полосы и др.).
Основным методом решения научных и практических вопросов построения и оценки севооборотов на склоновых землях являются длительные исследования в полевых стационарных опытах с полными ротациями, развернутыми во времени и на территории всеми полями. Это дает возможность по всем культурам получать ежегодно данные по урожаям и результаты наблюдений с учетом разнообразия метеорологических и других условий роста и развития растений. Отдельные вопросы, которые дополняют стационарные исследования, изучают в кратковременных опытах (например, изучение предшественников, многолетних травосмесей, сравнительная оценка культур, пригодных для использования в промежуточных посевах, сортов и сроков их уборки, звеньев севооборотов др.).
В опытах на склоновых землях применяют два способа размещения организованных повторений: сплошное, когда все повторения объединены территориально в одном, двух, трех и более ярусах, и разбросанное, когда повторения по одному или несколько расположены в разных частях склона и опытный участок не имеет одной общей границы. Размеры делянок устанавливают с учетом возможности выполнения механизированных работ по возделыванию полевых культур, проведения учетов стока талых и ливневых вод, особенностей почв и рельефа. В опытах, предусматривающих учет стока воды и смыва почвы (при ширине делянки 20-25 м, длине 40-50 м), делянка одновременно является стоковой площадкой для учета жидкого и твердого стока.
Расположение делянок в таких опытах желательно одноярусное, но может быть и многоярусным. В этом случае каждый вариант должен охватывать все части склона. Один ярус отделяется от другого задерненными полосами шириной 6-8 м, по границам которых до задернения напахиваются валы высотой 40-45 см, а по середине полосы выпахивается ложбина, по которой после задернения отводится сток за пределы опыта. При многоярусном размещении делянок в одном из повторений культуры каждого варианта, расположенные вдоль склона, не разделяются указанными полосами, что позволяет определить сток воды и смыв почвы в каждом из вариантов, а также по отдельным полям.
С помощью валов и ложбин опыт также предохраняется от притока воды с рядом расположенных участков в верхней части, от избыточного увлажнения и заиливания в нижней части склона.
В опытах, где не намечается учет жидкого и твердого стока, площадь делянки может быть уменьшена до 100-200 м2, что позволит значительно улучшить планирование структуры полевого опыта и его техническое оснащение.
При разделении ярусов можно обойтись обычными защитными полосами размером 4-6 м. Раздельный учет урожая по элементам склона и также наблюдения за влажностью, агрофизическими и агрохимическими свойствами почвы, засоренностью посевов и т. д. позволят судить об эффективности изучаемых приемов, особенно при проведении комплексных опытов.
В опытах с севооборотами на склоновых землях для оценки действия и взаимодействия изучаемых факторов интенсификации земледелия на почвах разной степени эродированности широко используют двухфакторный эксперимент с расщепленными делянками. Делянки первого порядка (поля севооборотов) размещают ярусами, поперек склона (верхняя часть склона, средняя, нижняя). Они служат для оценки действия степени эродированности почвы на продуктивность культур севооборота. Делянки второго порядка, размещенные вдоль склона, служат для оценки эффекта изучаемых факторов (удобрений, систем гербицидов и т. д.).
Для каждого опыта разрабатывается система органических и минеральных удобрений на основе принципов программирования урожая с учетом биологических требований культур и принципа обеспечения по каждому севообороту положительного баланса гумуса и питательных веществ в почве. Такой подход создает равные условия для изучаемых севооборотов, отличающихся набором и чередованием культур, и позволит определить их возможности по воспроизводству плодородия почвы.
При планировании опыта должна предусматриваться основная обработка почвы и посев сельскохозяйственных культур поперек склона.
На склоновых землях создаются отличные от равнинных земель экологические условия для роста и развития растений, изменяются условия работы уборочных машин. При уборке зерновых и других культур сплошного сева в опытах на склоновых землях при учете урожая имеет существенное значение направление движения комбайна и других уборочных машин. Между направлением движения сверху вниз и снизу вверх по склону имеются при всех других равных условиях существеннее различия. Целесообразно планировать уборку урожая, культур сплошного сева в опытах на склонах только в одном направлении: сверху вниз или снизу вверх по склону. Лучшим направлением считается уборка сверху вниз, так как в этом случае меньше потери и лучше качество уборки. Несоблюдение такого правила приводит к необъективному отражению данных в изучаемых вариантах, искажению эффектов, неправильным выводам по существу.
Часто возникает необходимость проведения полевых опытов по выявлению оптимального соотношения групп культур для склонов разной крутизны. Их задача — определить оптимальное соотношение зерновых, пропашных культур, чистого пара и многолетних трав в севооборотах, организуемых на землях разных категорий по подверженности водной эрозии.
При изучении этих вопросов целесообразно планировать опыты, состоящие из 2-3 блоков, каждый из которых размещается на почвах разной степени смытости (в том числе и на относительно ровном участке с не смытыми почвами).
Изучение севооборотов на не смытых и слабосмытых (склоны до 3°), слабо — и среднесмытых (склоны 3-5°), средне — и сильносмытых почвах (склоны крутизной более 5е) в рамках одного полевого опыта позволит существенно увеличить объем получаемой информации, необходимой для разработки принципов построения системы севооборотов.
Повторение некоторых вариантов в разных блоках на равнине и на склоне дает возможность выявить влияние крутизны пашни и степени смытости почвы на продуктивность полевых культур и плодородие почвы. Севооборотные варианты, располагающиеся на равнинной части, должны быть наиболее интенсивными — плодосменные, зернопропашные, пропашные и включать при необходимости чистые пары (зернопаропропашные, зернопаровые и др.).
На склоновых же землях для увеличения почвозащитной роли севооборотов в них включают два-четыре поля многолетних трав, зерновые и зернобобовые культуры сплошного способа посева. Набор севооборотных вариантов на склоновой части опыта должен быть более сокращенным, так как размер делянок здесь необходимо увеличить для изучения стока воды и смыва почвы и включить наряду с контрольными вариантами севообороты, насыщенные зерновыми и многолетними травами (до 80%).
В каждом из блоков опыта обязательно должен быть контрольный севооборот и контрольная культура, позволяющие оценивать севооборотные варианты по тому или иному показателю в сравнимых условиях. Там, где позволяют агроклиматические ресурсы, в схему опыта могут быть включены варианты с промежуточными культурами. Например, пожнивные культуры можно возделывать после ячменя и озимых зерновых культур.
Для этого в зернопропашных, зернопаропропашных, зернотравяных севооборотах делянки, занятые ячменем и озимыми, можно расщеплять для выявления почвозащитной роли, показателей плодородия почвы, фитосанитарных условий в изучаемых севооборотах с промежуточными культурами и без них.
Из многолетних трав для одногодичного использования наиболее пригоден клевер, для двух-четырехлетнего пользования следует применять бобово-злаковые многолетние травосмеси с включением наиболее пригодных для условий того или иного района культур (клевер, люцерна, лядвенец рогатый, кострец безостый, тимофеевка луговая, овсяница луговая и др.).
Наиболее ценную научную информацию по вопросам организации севооборотов на склоновых землях дают многофакторные опыты. Их цель — выявление оптимальных сочетаний систем обработки почвы, удобрений, пестицидов, агротехнических и других приемов с различными севооборотами на склонах разной крутизны и экспозиции.
В опытах с севооборотами на склоновых землях широко используется двухфакторный эксперимент. Например, изучается сочетание двух-трех севооборотов с тремя системами обработки или двумя-тремя системами удобрений или двумя-тремя системами интегрированной защиты посевов от сорняков, болезней, вредителей и т. д.
Выбор основных факторов и уровней их варьирования определяется в конкретных условиях на основе экспериментальных данных и запросов производства с таким расчетом, чтобы обеспечить максимальную защиту почвы от эрозии. В опытах, спланированных методом расщепления делянок, на делянках первого порядка изучаются севообороты, на делянках второго порядка — системы обработки почвы, на делянках третьего порядка — удобрения, гербициды, структурообразователи.
В последние десятилетия в научной агрономии особое внимание стали уделять изучению промежуточных культур, в том числе и в полевых опытах на склоновых землях. Цель таких опытов — выявить севооборотные звенья с промежуточными культурами, обеспечивающие максимальный почвозащитный эффект, улучшение фитосанитарного состояния почвы и посевов, повышение урожайности сельскохозяйственных культур и общей продуктивности севооборотов на склоновых землях. В опытах используются наиболее перспективные для данных почвенно-климатических условий промежуточные культуры, набор которых установлен предварительными исследованиями в обычных полевых опытах.
Например, в опыты на склоновых землях Нечерноземной зоны могут быть включены:
— пожнивные культуры (горчица белая, редька масличная, яровой рапс, люпин однолетний, смеси вики или гороха с овсом);
— подсевные культуры (райграс однолетний, сераделла, вика яровая или озимая, клевер, люпин многолетний (с подзимним подсевом под озимые зерновые культуры);
— озимые промежуточные (озимая рожь, озимая пшеница, тритикале, озимая вика в чистом виде и в смеси с озимыми зерновыми культурами, озимый рапс, озимая сурепица).
При этом учитываются возможности кормового и сидерального использования промежуточных культур исходя из уже установленной ранее кормовой и удобрительной их ценности.
Промежуточные культуры на склоновых землях изучаются в трехлетних севооборотных звеньях. Они возделываются после первой основной культуры, на второй основной культуре изучается их прямое действие, на третьей — последействие. Контрольным вариантом служит это же звено без промежуточных культур.
Система удобрений в севооборотных звеньях должна строиться на основе принципов программирования урожая по стандартным методикам для основных видов сельскохозяйственных культур. При использовании промежуточных культур на корм необходимо планировать внесение под них удобрений в количестве, обеспечивающей вынос питательных веществ с ожидаемым урожаем. При использовании промежуточных культур на зеленое удобрение сравниваемые варианты севооборотных звеньев должны быть выравнены по количеству вносимых удобрений.
В полевом опыте с озимыми промежуточными культурами в севооборотных звеньях на склоновых землях возможно большое разнообразие сочетаний как предшественников озимых промежуточных (озимые и яровые зерновые культуры, однолетние и многолетние травы) с большим набором озимых промежуточных культур и их смесями, так и самих промежуточных культур с поукосными основными культурами и последующей заключительной культурой севооборотного звена. Это разнообразие вариантов расширено за счет комбинаций одновременного использования в звеньях севооборота нескольких групп промежуточных культур (пожнивных подсевных, поукосных и озимых промежуточных). При этом полевые опыты с промежуточными культурами в севооборотных звеньях на склоновых землях можно провести как многофакторные за счет включения нескольких систем противоэрозионных обработок почвы, различных фонов органических и минеральных удобрений, кормового или сидерального использования зеленой массы промежуточных культур в чистом виде и в сочетании с навозом, с торфом, с соломой и с другими видами органических удобрений. Почвозащитный и агротехнический эффект таких сочетаний должен быть прослежен на первых двух последующих культурах с обязательным выявлением эффекта взаимодействия изучаемых факторов. С учетом многофакторности опытов и необходимости иметь их трех-четырехкратную повторность площадь опытных делянок возможна в пределах 100-200 м2 с рендомизированным размещением вариантов.
В решении вопросов оптимального размещения севооборотов на склоновых землях призваны помочь полевые опыты с полосным размещением культур севооборотов. Их задача — выявить способы размещения севооборотов и посевов отдельных сельскохозяйственных культур, обеспечивающие при той же структуре посевных площадей и установленном чередовании существенное сокращение эрозионных процессов. К ним относят полосное размещение сельскохозяйственных культур внутри полей, посев буферных полос многолетних трав или однолетних культур на паровых полях.
Эти вопросы целесообразно изучать в производственных опытах, в которых площадь каждого из изучаемых вариантов не менее 5-10 га.
Известно, что при чередовании на поле полос с различной водозадерживающей способностью возделываемых культур и различной водопоглощающей способностью почвы резко уменьшается поверхностный сток и эрозия. Эту же роль призваны выполнять буферные полосы многолетних трав и однолетних культур на паровых полях.
При определении оптимальной ширины полос необходимо исходить из того положения, что, с одной стороны, они должны обеспечивать предотвращение эрозии, а с другой — не препятствовать производительному использованию машинно-тракторных агрегатов. Чем шире полоса, тем меньше ее противоэрозионный эффект, так как с удлинением линии стока возрастает сток и смыв почвы.
В опытах на склонах 3-5° целесообразно для изучения принять ширину полос от 20 до 40-60 м. Желательно, чтобы она была кратной ширине посевных (или почвообрабатывающих) агрегатов.
При отсутствии подходящего склона для закладки опыта всеми полями севооборотов возможно развертывание его на территории двумя-тремя полями, а в крайнем случае — одним полем.
Контролем служит посев культур целыми полями по всей длине склона. Если опыт развернут одним полем, на контроле по всей длине склона нарезаются два поля, в которых ежегодно в соответствии с установленным чередованием высевают две культуры, участвующие в опыте в данном году.
При изучении севооборотов в районах проявления дефляции характерными особенностями основных полевых опытов являются то, что применяемые здесь севообороты являются зернопаровыми с обязательным наличием кулисных ранних паров на фоне почвозащитной плоскорезной системы обработки почвы с оставлением стерни на поверхности почвы. Кроме того, другими особенностями этих опытов является их большая продолжительность, увеличенная площадь делянок и их ориентация вдоль, а направление посева яровой пшеницы, ячменя и других культур — поперек господствующих ветров.
Площадь и форма делянки должны исключать возможность проявления краевых эффектов прилегающих территорий и соседних вариантов и обеспечивать получение неискаженной информации по оценке действия почвозащитных мер на устойчивость почвы к дефляции и продуктивность растений.
В практике опытной работы с изучением севооборотов в районах дефляции площадь делянок варьирует в широких пределах от 500-1000 кв. м до 1 га и более. Чаще всего стационарные полевые опыты закладывают на делянках 0,25-1 га, а при работе в условиях производства — 0,5-2 га. Форма делянки квадратная или прямоугольная, с соотношением сторон не более 1 : 4. Ширина делянки не менее 30 м. Планируя расположение опыта на территории, необходимо ориентировать делянки вдоль господствующих ветров. Посев проводят поперек направления господствующих ветров. Зернопаровые и другие севообороты в районах дефляции имеют, как правило, короткие — 4-6-летние ротации, и в многофакторных опытах размещаются всеми полями.
На выровненных по рельефу участках с определенным направлением господствующих ветров, двух-трехфакторные опыты с небольшим (до 10) числом вариантов следует закладывать методом рендомизированных повторений (блоков). Более сложные многофакторные опыты закладывают методом расщепленных делянок с рендомизированным размещением вариантов при 3-4-кратной повторности. Повторения могут размещаться на опытном участке компактно или разбросанно.