Scientific journal

Scientific Review. Biological science

ISSN 2500-3399

ПИ №ФС77-57454

Введение

Плодородие почвы является важнейшим условием устойчивого развития сельского хозяйства. Среди многочисленных показателей плодородия особое место занимают её агрофизические свойства: механический состав, структурность, плотность (объёмная масса), порозность, водопроницаемость и влагоёмкость. Оптимальные водный, воздушный, тепловой и питательный режимы почвы обеспечивают интенсивное развитие корневой системы растений, благоприятный обмен веществ и активизацию микробиологических процессов. Многочисленные исследования показывают, что при достаточном содержании влаги, воздуха и питательных веществ в пахотном слое создаются оптимальные условия для жизнедеятельности микроорганизмов, что положительно отражается на физических свойствах почвы.

Южная часть Ферганской долины, на границах Узбекистана, состоит из горных и предгорных равнин: предадырной равнины, двух рядов цепочечных адырных гряд, тянущихся с запада на восток, и межадырных и заадырных долинообразных понижений. Общие сведения о почвенном покрове этого региона были получены в ходе генетико-географических исследований, проведенных в 20-30-х годах прошлого века. Эти сведения зафиксированы в трудах М.А. Панкова, Б.В. Горбунова, А.Н. Розанова и других исследователей. В результате почвенных обследований, проведенных институтом «Узгипрозем» в 60-х годах, были составлены почвенные карты административных областей долины. Гипсоносные почвы занимают большое место в почвенном покрове Южной Ферганы. В 80-х годах изучались агрофизические, агрохимические и другие свойства гипсоносных почв с целью их освоения и эффективного использования в сельском хозяйстве [1]. Плотность гипсоносных почв варьируется в зависимости от формы и размера кристаллов гипса, а также от текстуры.

В последние десятилетия, наряду с традиционными свойствами почв [2], особое внимание уделяется изучению геохимических и биогеохимических свойств. Основное внимание в научных исследованиях М.И. Исагалиева [3] уделяется изучению миграции и аккумуляции химических элементов, особенно тяжелых металлов и микроэлементов. Кроме того, детально изучаются биогеохимические процессы в почвах, формируемых в высотных зонах Южной Ферганы, и произрастающие в них лекарственные растения. Важный вклад в изучение почв региона внесли исследования Г.Т. Сотиболдиевой [4] по кольматированным почвам, Х.А. Абдухакимовой [5] по орошаемым сероземам и З.Ж. Исомидинова и др. [6] по системе «серо-бурые почвы – Allium cepa L. (лук)».

Из этого краткого обзора литературы по изучению почв Южной Ферганы известно, что отдельных исследований их агрофизических свойств, а также системы «почва – растение – удобрение» не проводилось.

Плотность почвы оказывает прямое влияние на рост и развитие сельскохозяйственных культур. Согласно данным ряда авторов, для таких культур, как маш и белая фасоль, оптимальной является объёмная масса в пределах 1,1–1,3 г/см³. При таких условиях обеспечивается достаточный газообмен, активность микроорганизмов и усвоение питательных веществ. В тяжёлых суглинистых почвах чрезмерное уплотнение затрудняет развитие растений, в то время как агротехнические мероприятия способны регулировать плотность и улучшать физическое плодородие почв [7-9].

Целью настоящего исследования являлось изучение влияния повторных культур, в частности маша и фасоли, а также различных норм минеральных удобрений на агрофизические свойства орошаемых светлых серозёмов Южной Ферганы, в том числе на изменение их объёмной массы.

Таблица 1

Варианты опыта и нормы внесения минеральных удобрений

Примечание: составлено авторами.

Материалы и методы исследования

Исследования проводились в условиях орошаемого земледелия Ферганской долины в 2022–2024 гг. Объектом изучения послужили орошаемые светлые серозёмы среднесуглинистого гранулометрического состава, приуроченные к Капчугайскому адыру и межадырному понижению Ханкиз.

Все наблюдения, анализы и расчёты выполнялись по общепринятым методикам: «Методы исследования физических свойств почв» [10] и «Общесоюзная инструкция по почвенным обследованиям и составлению крупномасштабных почвенных карт землепользований» [11]. Определялись следующие показатели: объёмная масса почвы в слоях 0–10, 10–20, 20–30 и 30–50 см, а также её динамика в начале и конце вегетационного периода.

Опыты закладывались по методу рандомизированных блоков (РКБ) в 4-кратной повторности. Учёт и анализ проводились три года подряд. В опыте предусматривались варианты, представленные в таблице 1.

Экспериментальные данные были подвергнуты дисперсионному анализу (ANOVA) для оценки достоверности различий между вариантами опытов. Проверка значимости различий проводилась при уровне p < 0.05 и p < 0.01. Для выделения однородных групп использовался критерий Дункана [12], который позволяет оценить относительные различия между вариантами при малых отклонениях средних значений. Все расчёты выполнялись в программной среде R (пакет agricolae, версия 1.3-3) и Microsoft Excel 2021.

Результаты исследования и их обсуждение

Экспериментальные данные были подвергнуты дисперсионному анализу (ANOVA) для оценки статистической значимости различий между вариантами опытов.

Данные о влиянии повторных культур и доз NPK на объёмную массу почвы представлены в таблице 2.

Дисперсионная оценка показала, что в начале опыта различия между вариантами по объёмной массе почвы в слоях 0–30 и 30–50 см статистически недостоверны (p > 0,05). Это указывает на однородное физическое состояние почвы до закладки опыта. К концу опыта наблюдались существенные различия между вариантами как в пахотном (0–30 см), так и в подпахотном (30–50 см) слоях (p < 0,01).

Наиболее низкие значения объёмной массы отмечены в вариантах с посевом маша и фасоли при умеренных дозах минеральных удобрений (N₂₀P₄₀K₂₀ – N₄₀P₆₀K₄₀), где плотность почвы увеличилась с 1,26-1,27 г/см³ в начале эксперимента до 1,31-1,32 г/см³. Наибольшая плотность характерна для контрольного варианта без удобрений (N₀P₀K₀ – 1,45 г/см³). В вариантах с повторным посевом этот рост был медленнее и плотность оказалась на 0,02–0,06 г/см³ ниже, чем в контрольном варианте. Значительное уплотнение в контроле можно объяснить отсутствием поступления свежего органического вещества и естественным уплотняющим воздействием оросительной воды и агротехники. В свою очередь, корневая система бобовых культур действовала как биологический разрыхлитель, создавая сеть мелких каналов и пор. После завершения вегетации и разложения корней эти поры сохраняются, улучшая общую аэрацию и водопроницаемость пахотного слоя. Таким образом, формируются более устойчивые почвенные агрегаты, противостоящие уплотнению.

Это свидетельствует о благоприятном воздействии бобовых культур на структурное состояние орошаемых светлых серозёмов.

В начале эксперимента все варианты находились практически в одной группе (разницы в плотности не было).

В конце эксперимента наблюдалось снижение плотности в вариантах с машем и фасолью по сравнению с контролем, особенно в вариантах N₂₀P₄₀K₂₀ и N₄₀P₆₀K₄₀.

Плотность увеличилась до максимального уровня в контрольном варианте и в вариантах с машем и фасолью N₀P₆₀K₄₀.

Согласно результатам теста Дункана, варианты можно разделить на статистические группы (рис.).

На диаграмме анализа ANOVA + Дункана:

- черные линии – планки погрешностей (стандартная ошибка);

- буквы над планками – группы в тесте Дункана.

К группе «a» относятся самые рыхлые почвы (маш N₂₀P₄₀K₂₀, фасоль N₄₀P₆₀K₄₀), тогда как контрольный вариант формирует отдельную группу «i» с наибольшей плотностью. Такое распределение указывает на тенденцию снижения плотности при увеличении доли биомассы корней и поступлении органических остатков.

Анализ данных, полученных авторами, а также другими исследователями, показывает, что бобовые культуры улучшают структуру почвы, снижают её плотность, увеличивают содержание органических веществ и азота. Также они повышают водоудерживающую способность за счет увеличения азотфиксации и биомассы.

Таблица 2

Влияние повторных культур и доз NPK на объёмную массу почвы (г/см3), среднее за 2022–2024 гг.

Примечание: составлено авторами.

Изменение объёмной массы почвы (Δ) под посевами фасоли и маша при разных дозах минеральных удобрений (0-30 и 30-50 см, средние за 2022–2024 гг.) Источник: составлено авторами

Анализ полученных данных показал, что плотность почвы изменялась в зависимости от дозы удобрений и вида бобовой культуры. Для фасоли наименьшие изменения отмечены в варианте N₄₀P₆₀K₄₀, что свидетельствует о сохранении оптимальной структуры. В вариантах с машем чётко проявилось влияние доз удобрений: повышенные нормы фосфора и калия (N₂₀P₈₀K₆₀) вызывали увеличение плотности, тогда как умеренные дозы (N₂₀P₄₀K₂₀) способствовали её стабилизации. Такая тенденция, вероятно, связана с более активной корневой системой маша, что согласуется с результатами других исследований [7; 13].

Выращивание маша и фасоли в качестве повторной культуры в сочетании с рациональным применением минеральных удобрений способствует снижению объёмной массы почвы на 0,02–0,06 г/см³ по сравнению с контролем. Это свидетельствует о формировании более благоприятной порозности и улучшении водно-воздушного режима. Сходные данные приводят Blanco-Canqui & Ruis [7], которые отмечают, что использование покровных культур способствует уменьшению плотности почвы. Koudahe et al. [14] в своём обзоре также подчёркивают, что бобовые культуры улучшают водопроницаемость почв. В условиях длительных экспериментов De Notaris et al. [15] показали, что покровные культуры и севообороты способны значительно улучшать качество почвы. Полученные авторами данные подтверждают эти выводы и дополняются результатами по орошаемым светлым серозёмам Южной Ферганы.

В проведенном опыте снижение плотности почвы проявилось при дозах N₄₀P₆₀K₄₀ и N₂₀P₄₀K₂₀, что также подтверждается работами Zamukulu et al. и Baza et al. [13, 16]. Таким образом, результаты исследования согласуются с глобальными метаанализами о положительном влиянии покровных культур на физическое плодородие почв, но расширяют их применительно к специфическим условиям Средней Азии. Получена комплексная оценка влияния повторных культур и различных доз удобрений на динамику объёмной массы почв в условиях орошаемых светлых серозёмов южной части Ферганской долины.

Заключение

Комплексная оценка влияния повторных культур и различных доз удобрений на динамику объёмной массы почв в условиях орошаемых светлых серозёмов южной части Ферганской долины показала, что выращивание маша и фасоли способствует улучшению агрофизических свойств почвы.

1. Маш оказывает более выраженное влияние на физическое состояние почвы по сравнению с фасолью, что связано с особенностями его корневой системы и агротехники.

2. Оптимальными комбинациями для поддержания плотности почвы в пределах агрономической нормы (1,31–1,32 г/см³) являются внесение N₄₀P₆₀K₄₀ под фасоль и N₂₀P₄₀K₂₀ под маш.

3. Внедрение бобовых повторных культур в сочетании с оптимизированными дозами минеральных удобрений является эффективным агроприёмом для сохранения и повышения физического плодородия почв региона.