Плотность сложения, плотность твердой фазы почвы, общая пористость и пористость аэрации в севообороте

Изменение плотности почв влечет за собой ухудшение целого ряда других физических и водно-физических свойств пахотных черноземов. Д.И. Щеглов (1999) указывал, что при этом существенно снижается общая пористость, полная влагоемкость, водопроницаемость, уменьшается диапазон продуктивной влаги и соответственно возрастает процент влаги, не доступной растениям. Причиной повышения плотности почв является изменение структурно-агрегатного состава, гумусного состояния, уплотнения почв сельскохозяйственными машинами и др. (Агрофизическая..., 1977; Турсина, 1988; Бондарев и др., 1990; Сапожников и др., 1990).

Показатели плотности сложения, полученные нами при сравнении с первичными данными лаборатории севооборотов СибНИИЗиХ после трех ротаций севооборотов, свидетельствовали о незначительном уплотнении почвы (табл. 8).

Наибольшее уплотнение среди севооборотов независимо от уровня химизации (фоны 0 и К) установлено в зернопаровом без озимой ржи, где оно изменялось с 1,12 до 1,22 г/см³. В данном севообороте на фоне К в слоях 10-20 и 20-40 см отмечены равные значения плотности сложения. Независимо от уровня химизации наименьшее уплотнение - в зерновом севообороте.

В целом по севооборотам и бессменным посевам наибольшее уплотнение установлено на фоне без применения удобрений и средств защиты растений (фон 0) в слое 10-20 см зернопарового севооборота без озимой ржи -1,22 г/см³. По оценке плотности почв по Качинскому данная пашня соответствовала уплотненной (Вадюнина, Корчагина, 1973). Н.В. Абрамовым (1992) установлено, что на выщелоченных черноземах Тюменской области оптимальная плотность почвы для зерновых культур составила 1,00-1,17 г/см³.

Таблица 8

Изменение плотности сложения в севооборотах и под бессменными посевами в зависимости от уровня химизации (п=3, 2007 г.), г/см³

НСР ₀₅: по фактору А - севооборот и бессменная культура - 0,03; В - уровень химизации - 0,02; С - глубина отбора образца - 0,02; АВС - 0,08; * ошибка средней.

В наших исследованиях к данным показателям близка плотность чернозема выщелоченного под бессменным паром: 1,01; 1,14; 1,13 г/см³, которая по Качинскому качественно оценивалась как типичное значение для культурной свежевспаханной почвы. Наибольшее уплотнение отмечено под посевами бессменной люцерны, где плотность на фоне 0 по глубинам соответственно составляла 1,14; 1,18 и 1,20 г/см³, что по Качинскому в слое 0-10 см соответствовало типичному значению для культурной свежевспаханной почвы, в нижних слоях пашня была уплотненной.

Плотность сложения под посевами ячменя зернопарового севооборота без озимой ржи (контроль) достоверно отличалась от ее значений под заключительной культурой зернопарового с озимой рожью и зернового севооборотов, а также под бессменными посевами пшеницы и в бессменном пару. Под бессменными посевами люцерны плотность сложения достигала величин, достоверно отличающих ее от посевов ячменя в зернопаровом без озимой ржи и зерновом севооборотах, а также бессменных посевов пшеницы.

Д. И. Щеглов (1999) указывал, что в профиле всех подтипов черноземов плотность сложения закономерно возрастает с глубиной. Однако этот показатель увеличивается по профилю неравномерно. Наиболее существенные изменения величины плотности почвы отмечаются в верхней части гумусовой толщи. Это было подтверждено и нашими исследованиями, в ходе которых установлено на фоне 0 наибольшее уплотнение в слое 10-20 см, на фоне К - в слоях 10-20 и 20-40 см. Меньшим уплотнением на всех уровнях химизации выделялся слой 0-10 см, исключение составил зернопаровой севооборот без озимой ржи (фон 0 - 1,17 г/см³, фон К - 1,18 г/см³). По глубине отбора почвенного образца плотность чернозема выщелоченного достоверно значимо различалась.

В. И. Кирюшин (2010) отмечал, что при увеличении плотности суглинистой почвы до 1,3-1,4 г/см³ содержание водо- и воздухопроводящих пор уменьшается в 1,5-

2,0 раза. В этом случае речь идет уже об агрофизической деградации черноземов.

На фоне комплексной химизации прослеживалась тенденция к незначительному снижению плотности сложения, достоверно значимых различий между уровнями химизации не отмечено.

Таким образом, в севооборотах и под бессменными посевами в результате сельскохозяйственного использования чернозема выщелоченного независимо от уровня химизации, глубины отбора образца наибольшее значение плотности сложения отмечено под посевами ячменя в зернопаровом севообороте без озимой ржи и бессменными посевами люцерны (1,17 г/см³), что на 0,08 и 0,09 г/см³ выше, чем под посевами ячменя зернового севооборота, бессменными посевами пшеницы и в бессменном пару (1,08 и 1,09 г/см³ соответственно).

В целом по севооборотам и бессменным посевам плотность сложения чернозема выщелоченного после трех ротаций севооборотов независимо от уровня химизации возрастала в следующем ряду: зерновой < пшеница бессменная < пар бессменный < зернопаровой с озимой рожью < зернопаровой без озимой ржи < люцерна бессменная.

Плотность сложения в севооборотах и под бессменными посевами была характерной для верхних горизонтов черноземных почв - 1,0-1,2 г/см³ (Практикум..., 1980) и оптимальной для развития зерновых культур и многолетних трав.

Величина плотности твердой фазы почвы зависит от природы входящих в почву минералов и от количества органического вещества. Чем больше гумуса содержит почва, тем меньше плотность твердой фазы. В среднем плотность твердой фазы для большинства почв равна 2,50-2,65 г/см³ (Практикум..., 1980).

При сравнении первичных результатов исследования, установленных лабораторией севооборотов СибНИИЗиХ перед закладкой опыта, с нашими отмечено, что после трех ротаций севооборотов и под бессменными посевами независимо от уровня химизации прослеживалась тенденция к незначительному увеличению плотности твердой фазы.

Наибольшее значение плотности твердой фазы установлено на фоне 0 в слое 10-20 см зернопарового севооборота без озимой ржи - 2,64 г/см³. В данном севообороте в контроле (фон 0) плотность твердой фазы изменялась с 2,26 до 2,64 г/см³, на фоне комплексной химизации (фон К)-с 2,45 до 2,61 г/см³.

Наименьшее значение плотности твердой фазы в контроле (фон 0) - в слое 2(М10 см зернопарового севооборота без озимой ржи (2,26 г/см³) и под посевами бессменной люцерны (2,20 г/см³). Наибольший показатель плотности твердой фазы среди бессменных культур на фоне 0 составлял 2,54 г/см³ - под бессменными посевами люцерны (табл. 9).

При переходе от слоя 0-10 см к слою 10-20 см отмечена тенденция к увеличению значения плотности твердой фазы на фоне 0-в зернопаровых и зерновом севооборотах, а также под посевами бессменной люцерны, на фоне К - в зернопаровых и в зернотравяном севооборотах, а также под посевами бессменной пшеницы.

Таблица 9

Изменение плотности твердой фазы в севооборотах и под бессменными посевами в зависимости от уровня

химизации (п=3, 2007 г.), г/см³

НСР ₀₅: по фактору А - севооборот и бессменная культура - 0,09; В - уровень химизации -0,05; С - глубина отбора образца - 0,06; АВС - 0,23; * ошибка средней.

В целом по профилю с глубиной независимо от уровня химизации данная тенденция сохранялась в зернотравяном и зерновом севооборотах соответственно на фоне О - 2,44-2,46 и 2,40-2,54, на фоне К - 2,33-2,48 и 2,42- 2,44 г/см³, что связано со снижением содержания гумуса с глубиной. Достоверно значимые различия по плотности твердой фазы в севооборотах и под бессменными посевами отмечены по слоям 0-10 и 2(М10 см.

Д.И. Щеглов (1999) отмечает, что во всех подтипах черноземов происходит увеличение плотности твердой фазы вниз по профилю, что обусловлено изменением свойств (гранулометрический состав и др.) в этом направлении. Данная закономерность установлена и в наших исследованиях.

Наибольшая плотность твердой фазы среди севооборотов в целом отмечена в зернопаровом севообороте без озимой ржи, наименьшая - в зернотравяном. Среди бессменных культур наибольшее ее значение установлено в бессменном пару, наименьшее - в бессменных посевах пшеницы и люцерны.

Таким образом, в севооборотах под ячменем и бессменными посевами культур наибольшее значение плотности твердой фазы в результате 11- летнего использования чернозема выщелоченного независимо от уровня химизации, глубины отбора образца отмечено в зернопаровом севообороте без озимой ржи (2,48 г/см³), т.е. выше на 3,2 г/см³, чем под бессменными посевами пшеницы (2,40 г/см³), что может быть связано с возможной пестротой почвенного покрова.

В целом по севооборотам и бессменным посевам независимо от уровня химизации и глубины отбора образца плотность твердой фазы возрастала в следующем порядке: пшеница бессменная < люцерна бессменная < зернотравяной < зерновой < пар бессменный < зернопаровой с озимой рожью < зернопаровой без озимой ржи. Достоверно значимого различия по плотности твердой фазы между севооборотами и бессменными посевами не установлено.

Комплексная химизация не оказывала достоверно значимого влияния на изменение показателя плотности твердой фазы, однако при применении удобрений и средств защиты растений прослеживалась тенденция к ее незначительному снижению.

Независимо от уровня химизации плотность твердой фазы чернозема выщелоченного под заключительной культурой севооборота и бессменными посевами была близка по значению к плотности твердой фазы, характерной для большинства почв - 2,50-2,65 г/см³ (Практикум..., 1980).

Между механическими элементами и агрегатами в почве имеются промежутки - поры. Объем пор в почве, их размер зависят от гранулометрического состава и структуры. Количество пор и соотношение их по размерам определяют важнейшие свойства почв и прежде всего водно-воздушные.

В агрономическом отношении важно, чтобы почвы располагали большим объемом капиллярных пор и при этом имели некапиллярную пористость не менее 20-25 % от общей пористости. Общая порозность (скважность) в структурной почве складывается из порозности внутри агрегатов и между ними (Вадюнина, Корчагина, 1973). Скважность можно рассчитать на основании плотности твердой фазы и плотности почвы по формуле (Практикум..., 1980)

где Р_общ-общая пористость (в объемных процентах);

d — плотность твердой фазы почвы, г/см³;

d - плотность почвы, г/см³.

При сравнении полученных результатов с первичными, независимо от уровня химизации, в пахотном слое после трех ротаций севооборотов и под бессменными посевами отмечено незначительное снижение данного показателя, исключение составлял слой 0-10 см в бессменном пару (60%).

Наибольшее значение скважности в слое 0-10 см на фоне без применения удобрений и средств химизации установлено в пару бессменном - 60% (табл. 10). По Ка- чинскому, такое значение характеризуется как отличное - культурный пахотный слой. На фоне 0 в зернопаровых севооборотах скважность изменялась соответственно с 50 до 54 и с 50 до 57 %; в зерновом севообороте - с 55 до 56% с равным значением в слоях 0-10 и 10-20 см. По Ка- чинскому, в пахотном слое данных севооборотов скважность была удовлетворительной (Практикум..., 1980). В зернопаровых севооборотах на фоне К скважность изменялась в пределах 52-55%, достигая равного значения в слоях 0-10 и 20-40 см, и 54-55% в слоях 10-20 и 20- 40 см. В зерновом севообороте - соответственно с 53 до 58%. Достоверно значимые различия по скважности отмечены между слоями 0-10 и 20^10 см. Под бессменными посевами пшеницы скважность изменялась с 51 до 57%, на фоне К - в пределах 55-56%, достигая равного значения в двух верхних слоях, что, по Качинскому, соответствовало удовлетворительной. В бессменных посевах люцерны скважность была неудовлетворительной.

На фоне комплексной химизации (фон К) наблюдалась тенденция к незначительному увеличению скважности, однако достоверно значимых различий не установлено. Независимо от уровня химизации среди севооборотов наибольшая скважность в зерновом, наименьшая - в зернопаровом севообороте без озимой ржи. Достоверно значимые различия отмечены между зернопаровым севооборотом без озимой ржи (контроль), зерновым севооборотом и бессменным паром. Бессменные посевы люцерны по скважности значимо отличались от зернопарового севооборота с озимой рожью и зернового севооборота, а также от бессменных посевов пшеницы и бессменного пара.

Таблица 10

Скважность в севооборотах и под бессменными посевами

в зависимости от уровня химизации (п=3, 2007 г.),%

НСР₀₅: по фактору А - севооборот и бессменная культура - 2,3; В - уровень химизации 1,3; С - глубина отбора образца - 1,7; АВС - 5,7; * ошибка средней.

Таким образом, в целом по севооборотам и бессменным посевам в результате 11-летнего использования чернозема выщелоченного независимо от уровня химизации, глубины отбора образца наибольшее значение пористости чернозема выщелоченного отмечено под посевами ячменя в зерновом севообороте (55,3%), что было выше на 8,3%, чем под бессменными посевами люцерны (50,7%).

В целом по севооборотам и бессменным посевам независимо от уровня химизации и глубины отбора образца скважность возрастала в следующем порядке: люцерна бессменная < зернопаровой без озимой ржи < зернопаровой с озимой рожью < пшеница бессменная < пар бессменный < зерновой севооборот.

Наибольшую агрономическую значимость имеют поры активные, занятые капиллярной водой, и поры аэрации, причем последние должны составлять не менее 20-25% общей порозности (Вадюнина, Корчагина, 1973). Порозность аэрации вычисляли по данным общей порозности (скважности), плотности и влажности почвы и выражали в процентах по отношению к объему почвы по формуле

где Р_общ - общая пористость, г/см³;

d - плотность почвы, г/см³;

В - влажность почвы,%.

Среди севооборотов наибольшая порозность аэрации на фоне 0 установлена в зерновом севообороте, наименьшая - в зернопаровом севообороте без озимой ржи, исключение составлял слой 2СМ0 см. На фоне К порозность аэрации была наименьшей в зерновом севообороте, исключение составлял слой 0-10 см, наибольшей - в зернопаровом севообороте без озимой ржи, исключение составлял слой 0-10 см (табл. 11).

В бессменных посевах на фоне 0 наибольшая порозность аэрации установлена под бессменной люцерной. Независимо от глубины отбора образца на фоне К порозность аэрации под посевами бессменной пшеницы составляла 41%. Наименьшая порозность аэрации - под бессменным паром, соответственно по слоям 40, 25 и 26%. Достоверно значимые различия по порозности аэрации отмечены между зернопаровым севооборотом без озимой ржи (контроль) и зерновым, а также бессменными посевами. Порозность аэрации под бессменным паром достоверно отличалась от ее значений под заключительной культурой севооборотов и бессменными посевами культур.

Таблица 11

Изменение порозности аэрации под действием севооборотов и бессменных посевов в зависимости от уровня химизации

(п=3, 2007 г.),%

НСР ₀₅: по фактору А - севооборот и бессменная культура - 2,8; В - уровень химизации - 1,6; С - глубина отбора образца - 2,0; АВС - 6,9; * ошибка средней.

Увеличение порозности аэрации на фоне применения удобрений и средств защиты растений (фон К) связано со снижением плотности почвы и содержания продуктивной влаги, общая порозность при этом возрастала. В данном случае речь идет о тенденциях.

Наибольшие значения порозности аэрации установлены в слое 0-10 см на фоне 0 под посевами бессменной люцерны - 43 %, на фоне К - в зерновом севообороте, а также под бессменными посевами пшеницы - 41 %. На фоне 0 в слое 0-10 см зернопарового севооборота с озимой рожью и зернового севооборота, а также под бессменными посевами пшеницы порозность аэрации составила 39%. С глубиной независимо от уровня химизации порозность аэрации снижалась. Между слоями почвы по порозности аэрации установлено достоверно значимое различие, исключение составляли слои 10-20 и 2(М10 см. В целом по севооборотам и бессменным посевам на фоне без применения удобрений и средств защиты растений (фон 0) наибольшая порозность аэрации в зерновом севообороте и под бессменными посевами люцерны, на фоне комплексной химизации - под бессменными посевами пшеницы. На фоне комплексной химизации (фон К) прослеживалась тенденция к незначительному увеличению порозности аэрации, однако достоверно значимых различий между уровнями химизации не отмечено.

Таким образом, в целом по севооборотам и бессменным посевам в результате 11-летнего использования чернозема выщелоченного независимо от уровня химизации, глубины отбора образца наибольшее значение пористости аэрации отмечено под бессменными посевами пшеницы (39,0%), что было выше на 22,3 %, чем под бессменным паром (30,3%), и связано с накоплением продуктивной влаги в пару.

В целом по севооборотам и бессменным посевам независимо от уровня химизации и глубины отбора образца данный показатель возрастал в следующем порядке: пар бессменный < зернопаровой без озимой ржи < зернопаровой с озимой рожью < зерновой < люцерна бессменная < пшеница бессменная.

Черноземы обладают довольно высокой буферно- стью, способностью к самовосстановлению до определенных пределов. Для пахотного слоя типичных черноземов критическая плотность 1,18-1,20 г/см³. В большинстве случаев плотность типичных и выщелоченных черноземов не выходит за эти значения, что свидетельствует об их устойчивости к уплотняющим нагрузкам. Общая по- розность этих почв в пахотном слое не опускается ниже 50-55%. Порозность аэрации достигает 25%, полевая влагоемкость - 32-35 % (Кирюшин, 2010).

В целом по севооборотам и бессменным посевам скважность чернозема выщелоченного под посевами ячменя и бессменными культурами была удовлетворительной для пахотного слоя, поры аэрации составили более 25 % скважности, что свидетельствовало о создании оптимальных условий для возделывания сельскохозяйственных культур.