Снижение поголовья овец, крупного рогатого скота в Ростовской области значительно уменьшило потребность отрасли животноводства в незерновой части урожая колосовых культур в качестве грубого корма и подстилки. Большая часть побочной продукции не утилизируется должным образом, соломистые остатки безвозвратно теряются из-за малоэффективных и экологически опасных способов их утилизации: сжигания в рядках, копнах или складирования на краях полей в скирды, которые в конечном итоге сжигаются.

При сжигании соломы безвозвратно теряется не только накопленная в урожае энергия, но улетучиваются и загрязняют атмосферу продукты сгорания соломы: окиси и закиси углерода и азота. Экспериментально установлено, что при сжигании соломы с одного гектара при урожае соломы 3,0 т/га в атмосферу улетучиваются около 4,2 т углекислого и угарного газа и 0,06 т двуокиси азота, при этом приземный слой атмосферы обедняется кислородом на 2,8 т. При сжигании соломы в почве возрастают темпы разложения гумуса, прекращается поступление в почву свежего органического вещества (одна тонна соломы соответствует 2,5 - 3,0 т подстилочного навоза), сжигается  собственно гумус в верхнем 5 см слое.

Использование нетоварной части урожая зерновых и зернобобовых культур путем заделки ее в почву на современном этапе развития  земледелия по экологическим, организационно-хозяйственным и экономическим соображениям рассматривается как главный фактор биологизации и экологизации земледелия.

Учитывая, что предполагаемые объемы использования соломистых остатков в почву велики, важно добиться более быстрого их разложения. В противном случае существует опасность ухудшения фитоэнтомологической обстановки в посевах последующих культур, заключающихся в увеличении заболеваемости корневыми гнилями, септориозом и другими болезнями, инфекция которых сохраняется на послеуборочных остатках. Замедленное разложение послеуборочных остатков способствует также сохранению вредителей, для уничтожения которых потребуются дополнительные обработки ядохимикатами.

Таким образом, комплекс мероприятий по насыщению пахотного слоя почвы органическим веществом включает в себя: введение в севооборот многолетних трав, замену чистого пара на сидеральный или занятый, использование сортов на эрозионноопасных участках синтезирующих большее количество побочной продукции, замена отвальной вспашки на безотвальную обработку, применение удобрений.

В семипольном севообороте с долей люцерны 28% на гектаре севооборотной площади без применения удобрений накапливается 3,43 т/га растительных остатков (поукосных, пожнивных и корневых), введение в севооборот вместо люцерны многолетней злакобобовой травосмеси увеличило количество растительных остатков на 11%.

Замена чистого пара занятым (злакобобовой смесью) позволяет увеличить количество поступающих растительных остатков в севообороте без многолетних трав на 17%, с многолетними травами – на 13%.

Эффективным средством увеличения количества растительных остатков в севооборотах является применение органо-минеральных удобрений в дозах 5-7 т/га органических и 75-80 кг/га д. в. минеральных удобрений. Независимо от структуры севооборота удобрения позволяют увеличить количество растительных остатков в пахотном горизонте на 15-18%, с большими значениями в севооборотах без чистого пара.

По чистому пару без применения удобрений наибольшее количество соломы синтезировали сорта Дон-105, Таня и Фортуна (11,2-13,4 т/га), по гороху - Дон-105, Станичная, Престиж и Фортуна (11,1-11,9 т/га), по подсолнечнику – Фортуна, Донская лира, Агра, Авеста, Таня, Краснодарская-99 (4,3-5,2 т/га). При внесении удобрений доля соломы в структуре урожая озимой пшеницы в основном увеличивалась по всем предшественникам.

Установлено: эффективным способом увеличения поступления органического вещества в почву за счет увеличения гумификации побочной продукции на 10-35% является безотвальная обработка почвы. При  использовании соломы в качестве удобрения под яровой ячмень безотвальная обработка имеет достоверное преимущество над отвальной во влажный год. В условиях недостаточного увлажнения и использования соломы в дозе 4 и 8 т/га различия между способами заделки соломы в почву были несущественны.

В среднем за три года исследований урожайность ярового ячменя при увеличении доз соломы снижалась (табл. 20). По отвальной обработке на контрольных вариантах урожайность составила: по стерне - 3,07 т/га, 4 тонны соломы - 2,86 т/га, 8 тонн соломы - 2,81 т/га.

Таблица 20. Урожайность ярового ячменя в зависимости от количества соломы, видов и доз азотных удобрений, т/га

По безотвальной обработке соответственно 3,30; 3,11 и 3,02 т/га. В среднем на одну внесённую тонну соломы без компенсационного азота яровой ячмень снижал урожайность на 32,5 кг по отвальной обработке и на 35,0 кг по безотвальной обработке. Более всего  от внесения соломы урожайность снижалась в сухом году: на 18 % при внесении 4 тонн соломы и на 23 % при 8 тоннах по отвальной обработке и на 15 и 23% по безотвальной. Во второй и третий годы соответственно на 9 - 7 % и на 2 - 4%.

Отмечен высокий положительный эффект от внесения компенсационных азотных удобрений, которые необходимы для восполнения  иммобилизованного азота почвенной микрофлорой при внесении соломы. Так при внесении 10 кг д. в. азота на тонну соломы разных видов удобрений урожайность ячменя возрастала на 15 - 19 % относительно контроля (вариант 2).

Наибольшая прибавка зерна получена при внесении сульфата аммония  - 0,49 т/га по отвальной обработке и  0,50 т/га по безотвальной, тогда как прибавки при внесении  карбамида и аммиачной селитры составили 0,41 и 0,44 т/га по отвальной и 0,40; 0,41 по безотвальной обработке. Наиболее оптимальным оказалось внесение азота сульфата аммония в качестве компенсационного удобрения, так как 1 кг. д. в. окупался 12,2 кг зерна  по отвальной обработке и 12,5 кг зерна по безотвальной. При использовании аммиачной селитры окупаемость 11,0 и 10,2 кг, карбамида 10,2 и 10,0  кг зерна. Сульфат аммония имел преимущество как в сильно засушливый, так и в благоприятный для ярового ячменя год.

Внесение вместе с соломой различных доз азота в среднем за годы по д. в. (5, 10 и 15 кг/т) существенно оказывало влияние на урожайность ярового ячменя. В большей степени ячмень отзывался на  дозы в 5 и 10 кг. д. в. на одну тонну соломы. Так  от применения 5 кг азота прибавка по отвальной обработке - 0,31 т/га, по безотвальной - 0,30 т/га или 11 и 10 % от контроля (вар. 3); от 10 кг азота прибавка соответственно - 0,68 т/га и 0,65 т/га или 24 и 21 %; от 15  - 0,69 и 0,65 т/га или 24 и 21 %.

Доза азота - 15 кг д. в. в среднем за годы исследований не позволила получить достоверную прибавку урожая зерна ячменя относительно 10 кг. д. в. на тонну соломы. В данном случае часть невостребованного микроорганизмами дополнительного азота повлияла на значительное увеличение в урожае  доли  соломы по отношению к зерну, из-за увеличения количества стеблей. Одновременно заметно снижалась озернённость колоса и незначительно масса тысячи штук семян по сравнению с использованием 10 кг. д. в. азота на тонну соломы. Наиболее заметно не только отсутствие прибавки урожайности зерна, но и незначительное её снижение во влажном году из-за большого количества осадков, особенно в фазу выхода в трубку и колошения. За период вегетации ярового ячменя выпало более 300 мм. В первый год исследований отмечалась прибавка урожая на 6% (1,4 ц/га) при внесении дополнительных 5 кг азота на тонну соломы, во второй только по отвальной обработке 0,4% (0,1 ц/га).

Таким образом экономически наиболее целесообразна доза азота 10 кг. д. в. на одну тонну соломы, так как при внесении 5 кг  окупаемость 1 кг. д. в. удобрения по отвальной обработке составляла 7,7 кг зерна ячменя, по безотвальной 7,5 кг. При внесении 10 кг азота - 8,5 и 8,1 кг и при 15 кг только 5,7 и 5,4 кг зерна.

За период исследований в первые два года опытов отвальная обработка почвы при заделке соломы под яровой ячмень имела незначительное преимущество над безотвальной. Урожайность ярового ячменя изменялась незначительно. В основном влияние обработки почвы на урожайность ячменя  происходило из-за того, на какой глубине пахотного слоя почвы наиболее активно и быстро во времени минерализовалась солома. Так в первый год, как осенью, так и весной почва находилась в увлажнённом состоянии, соответственно минерализация соломы проходила по всему корнеобитаемому слою почвы в течение года и незначительное преимущество оставалось за отвальной обработкой. Во второй засушливый год по всему слою почвы солома практически не минерализовалась. Лишь после осадков в третьей декаде июня, начале июля,  наблюдалась активная деятельность микроорганизмов в слое почвы 8-10 см.

В третий год исследований в результате обильных осадков за период вегетации ярового ячменя солома минерализовалась активно в весенне-летний период только в верхнем слое почвы (8-10 см) при достаточном доступе воздуха и поэтому безотвальная обработка, при которой большая часть соломы сосредоточена в верхнем слое почвы, обеспечила прибавку урожая зерна от 0,57 до 0,85 т/га по сравнению с отвальной. В среднем за три года по безотвальной обработке яровой ячмень сформировал урожайность на 0,17 - 0,26 т/га выше, чем по отвальной.

Таким образом, внесение в почву соломы в количестве от 4 до 8 тонн на 1га без внесения компенсационного азота снижает урожайность ярового ячменя. Среди изученных  компенсационных азотных удобрений наибольшая эффективность получена при внесении с соломой под основную обработку почвы сульфата аммония. Наибольшая урожайность ярового ячменя при внесении с соломой различных доз компенсационного азота отмечена при дозе азота 10 и 15 кг д. в. на одну тонну соломы. Однако экономически наиболее целесообразна  доза азота - 10 кг. д. в. на 1т. соломы. При использовании соломы в качестве удобрения под яровой ячмень безотвальная обработка имеет достоверное преимущество над отвальной во влажный год. В условиях недостаточного увлажнения и использования соломы в дозе 4 и 8 т/га различия между способами заделки соломы в почву были несущественны.

В этой связи предлагаются более эффективные методы утилизации пожнивных остатков и соломы, установленные экспериментальным путем.

1 этап. Тщательное измельчение и разбрасывание по поверхности. Вариант при уборке комбайном с измельчителем типа Акрос, Дон-1500 Б, Вектор, Джон Дир, Клаас и др. При раздельной уборке и формировании после обмолота валков требуется дополнительное их измельчение специальными приспособлениями.

Требования к степени измельчения не более 5 см, длина резки с обязательным продольным расщеплением соломины. Равномерность распределения по поверхности почвы с отклонением в пределах ширины захвата жатки не более 20 %, то есть при массе 4 т/га допустимые отклонения 3,6-4,4 т/га по степени распределения.

2 этап. Использование для разложения минеральных удобрений, микробиологических препаратов и гуминовых веществ. Для ускоренного разложения соломы требуется её перемешивание  с почвой, при этом основная  масса соломы должна быть распределена на глубину 10-14 дисковыми  орудиями типа БДМ 4х3; Рубин, Санфлауер, Кивонь и др. Влажность почвы для быстрого разложения должна быть не менее 18 % с  температурой почвы не менее 15⁰С. При отсутствии этих условий применение компенсационных азотных удобрений в виде аммиачной селитры или сульфата аммония из расчёта 10-12 кг д. в. на тонну соломы следует вносить осенью в сентябре-октябре.

В эти же сроки создаются благоприятные условия для применения гуматов калия и натрия в дозе 30 г/га и микробиологических препаратов типа Азотовит и Фосфатовит в дозе 0,5-1,0 л/га.

При количестве соломы более 5 т/га целесообразна её запашка под бобовые культуры, тогда компенсационная доза азотных удобрений не требуется (табл.  21). 

Таблица 21. Обработка почвы в зависимости от массы побочной продукции

Компенсационный азот, прежде всего, вносится под озимые зерновые, озимый рапс и яровые колосовые культуры. Хорошие результаты по разложению соломы дают и такие комплексные жидкие препараты как биоклад – 10 л/га, агрофон – 5 л/га основанные на вытяжке куриного помёта с добавлением микроэлементов, микробиологических ассоциаций и стимуляторов.

Для более быстрого разложения соломистых остатков в почве азот целесообразнее вносить в виде водного раствора. Такой способ утилизации соломы позволяет повысить эффективность азотных удобрений путем более равномерного их распределения по пожнивным остаткам и соломе, стимулируя тем самым жизнедеятельность микроорганизмов, участвующих в ее разложении.

По сравнению с вариантом, где азот не вносился, интенсивность разложения соломы возрастает на 33,3%. Высокая эффективность разложения соломы достигается при обработке пожнивных остатков и соломы раствором гумата натрия в концентрации 0,0001%, или 30 г/га, при урожайности соломы 3,0 т/га.

Однако, учитывая, что при стимулировании микробиологической активности бактерий, участвующих в разложении соломы, происходит значительное поглощение азота для построения микробной плазмы и тем самым в течение 60 - 90 дней обеднение им почвы, целесообразно гумат натрия использовать в смеси с аммиачной селитрой в дозе 5 кг действующего вещества на 1 т стерневых и соломистых остатков.

Глубокая заделка соломы вызывает неблагоприятный эффект, так как при разложении ее в нижних слоях пахотного горизонта образуются летучие жирные кислоты, которые отрицательно влияют на корневую систему растений. Сразу запахивать солому плугом на большую глубину не рекомендуется. Целесообразнее сначала неглубоко заделать ее в почву (на 8 - 10 см) дискованием или лущением, а затем через 4 - 5 недель - запахиванием.

Таким образом, по результатам проведенных исследований установлена возможность полной компенсации синтезированного органического вещества сельскохозяйственными культурами за счет побочной продукции и пожнивно-корневых остатков при применении удобрений на площади около 4 млн. га. При оптимизации структуры посевных площадей путем доведения до 800 тыс. га паров, увеличения площади посева многолетних трав и травосмесей до 300-350 тыс. га и преимущественного использования безотвальной обработки почвы с комплексом противоэрозионных мероприятий позволит иметь бездефицитный баланс гумуса на всей пашне Ростовской области.