Динамика влажности почвы и формирование ресурсов влаги в зависимости от элементов агротехнологий

На данном этапе развития научного земледелия в задачи обработки почвы входит создание оптимальных условий для роста и развития культурных растений, при условии одновременного сохранения потенциального почвенного плодородия. В севообороте эффективна система разноглубинной обработки почвы, сочетающая отвальные, безотвальные и комбинированные приёмы в зависимости от гранулометрического состава, влажности, степени солонцеватости, эродированности и засорённости почвы, а также выбора предшественника озимой пшеницы.

В этой связи изучение влияния предшественников и основной обработки почвы на процессы сохранения и накопления влаги почвой вызывает определенный интерес и имеет практическое значение. Как свидетельствуют результаты опытов, выбор способа основной обработки почвы при возделывании озимой пшеницы после различных предшественников оказывает влияние на водный режим чернозёма выщелоченного.

Установлено, что при беспахотных способах обработки влага накапливается в большей степени, причем преимущество их перед вспашкой сохраняется до фазы полной спелости озимой пшеницы.

Преимущество мелких и поверхностных обработок следует рассматривать как положительный фактор по нескольким причинам. Во-первых, корневая система озимой пшеницы, у которой она в основном сосредотачивается в верхних слоях, будет работать более эффективно. Во-вторых, оптимальная влажность верхних слоев способствует улучшению условий питания растений. В третьих, это в совокупности с мелким посевом должно способствовать образованию вторичной корневой системы. Кроме того, это еще и гарантия более эффективного использования осадков теплого периода года, поскольку

в зоне черноземов они чаще всего увлажняют верхний 10-15 см слой почвы.

Кажется парадоксальным, что в условиях черноземов, где в течение вегетации выпадает почти половина годовых осадков, а коэффициент их использования обычно бывает достаточно высоким, растения будут использовать влагу и питательные вещества только из глубоких горизонтов. По этому поводу А.М. Алпатьев (1959) пишет, что биологический эффект осадков теплого периода определяется главным образом глубиной залегания корней растений, рыхление же почвы способствует более глубокому размещению их и поэтому не всегда и не во всех природных условиях считается положительным моментом. Главная цель отвальной вспашки, как считает М.Т. Федоровский (1955), заключается, прежде всего, в перемещении плодородного верхнего слоя почвы в зону вероятного размещения корней. Между тем, по данным И.Б. Ревута (1972), основная масса (70-90%) корней растений располагается в верхней части пахотного слоя. Одна из главных причин глубокого укоренения растений, как отмечает Н.А. Качинский (1965), искусственное изменение почвенных условий, в частности перемешивание пахотного слоя почвы. Поэтому нельзя не согласиться с Н.К. Шикулой и Г.В.Назаренко (1990), по мнению которых глубокое укоренение растений служит мотивировкой глубокой вспашки, является не причиной последней, а ее следствием. Однако влагу, которая сосредотачивается в верхних слоях почвенного профиля, можно потерять за счет физического испарения, если не будут созданы определенные условия для его предотвращения. Но даже создание оптимального рыхлого поверхностного слоя почвы для уменьшения испарения влаги не обеспечивает высокой защиты почв от расхода влаги, поскольку почвенные частицы, разрушаясь под ударами дождевых капель, образуют корку, в результате резко усиливаются потери влаги из почвы. Надежную защиту почвенных комков от разрушения, а почвы от потерь влаги может обеспечить соломенная мульча, которая легко может быть сформирована именно на бес- плужных и особенно нулевых фонах.

Вода необходима для растений в течение всей их жизни, начиная с момента набухания плодов и семян до созревания растений. Вода требуется для нормального осуществления всех жизненных процессов, поступления питательных веществ из почвы, защиты от перегрева, деятельности ферментов.

Огромное влияние влажность почвы оказывает на образование узла кущения у зерновых культу и на рост вторичных корней. Колебания влажности влияют также на изменение осмотического давления клеточного сока в листьях и величины их сосущей силы.

Потребность растений во влаге неодинакова в различные фазы роста. По данным исследований Л.И. Желнаковой и Б.П. Гончарова (1990) установлено, что критерием своевременного появления всходов являются запасы продуктивной влаги в пахотном слое в размере 16 мм, а 10 мм служат критерием возможного появления всходов.

Следует отметить, что средние показатели запасов почвенной влаги, хотя и дают правильное представление об их фактической величине, не говорят о роли паров в засушливые годы. Так, в крайне засушливой зоне в метровом слое почвы на парах более 80 мм доступной влаги бывает в 72% лет, а менее 50 мм - только в 15% лет, а по непаровым предшественникам соответственно в 18 и 75% лет. Эти показатели убедительно свидетельствует о большом значении чистых паров как в накоплении влаги, так и в стабилизации ее запасов по годам.

Эти исследования подтверждают, что для определения засушливости того или иного года, а также анализа причин недобора урожая, необходимо учитывать условия увлажнения, складывающиеся в период подготовки почвы и сева озимой пшеницы.

Отсутствие хороших запасов продуктивной влаги в почве перед севом озимой пшеницы по непаровым предшественникам (в 75% лет в крайне засушливой зоне) ставит урожайность в зависимость от осадков, выпадающих осенью. По паровым предшественникам урожай зависит от запасов влаги в почве, накопленных в период парования - 36,8%, и в меньшей степени от осадков, выпадающих в осенний период - 21,5% (в 15% лет).

Как отмечает А.А. Айтемиров и др. (2009), в севооборотах Западного Прикаспия в пахотном слое величина влажности отклоняется, в зависимости от вида пара, по подпровинциям при отвальной обработке в среднем на 0,4% (8 м3/га), при почвозащитной - на 0,6% (10 м3/га), в слое 0,5 м - соответственно на 4,5-2,0%.

Однако положение существенно меняется в зависимости от систем обработки почвы. Разница в запасах влаги в пахотном слое перед посевом озимой пшеницы между отвальной и почвозащитной системами в Терско- Кумской подпровинции составляет 40 м3/га, между отвальной и нулевой обработками - 54 м3/га в пользу последних. Увеличение запасов влаги отмечено во всей полуметровой толще: в чистом пару при почвозащитной обработке - на 52 м3/га, нулевой - на 63 м3/га, в занятом пару соответственно на 39 и 50 м3/га по сравнению с отвальной обработкой, где показатель их составил в чистом пару 630 м3/га, в занятом - 627 м3/га.

По мнению Г.Р. Дорожко, О.И. Власовой и А.И. Тивикова (2011), мульчирование создает условия для увеличения накопления продуктивной влаги в почве, уменьшает скорость ветра на поверхности и тем самым снижает интенсивность дефляции почвы, защищает ее от прямых ударов выпадающих осадков, устраняет размывание почвы, предохраняет ее от перегрева и иссушения, способствует сохранению гумуса в почве, улучшает физические свойства и повышает биологическую активность.

В условиях сельскохозяйственной опытной станции Ставропольского ГАУ в 1976 году был заложен многофакторный стационарный опыт, где в восьмипольном севообороте изучается влияние способов основной обработки почвы на параметры почвенного плодородия.

Результаты исследований, проведенных в стационарном опыте кафедры земледелия СтГАУ, констатировали факт увеличения влажности почвы и запаса влаги при мелкой обработке в верхнем десятисантиметровом слое почвы. В варианте после занятого пара продуктивной влаги содержалось 10,4 мм, что в 1,6-1,8 раза меньше в сравнении с горохом и кукурузой на силос (И.А. Вольтере, Е.Н. Журавлева, 2007).

Как избыточная влажность (более 250 мм), так и недостаточная (менее 50 мм) в метровом слое отрицательно сказываются на развитии растений и их урожайности.

По данным Г.Р. Дорожко и А.А. Китаева (1988), определение влияния способов основной обработки почвы в стационарном опыте СтГАУ на накопление и сохранение влаги в посевах озимого рапса в течение 1996-1999 годов показало, что в целом все способы создают нормальные условия водного режима. Однако лучшую влагообеспеченность растениям создает поверхностная обработка, особенно в критические периоды влагопотребления, немного уступают ей безотвальное рыхление и роторная обработка.

Г.Р. Дорожко и Д.А. Бородин (2010) отмечают, что запас доступной влаги перед севом озимой пшеницы (предшественник занятый пар) по отвальной обработке в 20-сантиметровом слое был 22,0 мм, по безотвальной обработке - 22,2 мм. Это объясняется тем, что при безотвальном рыхлении не происходит оборот пласта, не нарушаются генетические горизонты, что и привело к сохранению влаги в большем количестве. Что касается поверхностной обработки, то запас влаги перед севом был 24,9 мм.

При поверхностной обработке влага испаряется только с верхнего слоя почвы, что обусловило большое накопление влаги, по сравнению со вспашкой и безотвальным рыхлением.

В метровом слое перед севом озимой пшеницы прослеживается увеличение доступной влаги в зависимости от обработки почвы. Она составляет по отвальной обработке 180,5 мм, по безотвальной - 197,4, по поверхностной - 202,4 мм. По остальным предшественникам (гороху и кукурузе) также наблюдается увеличение доступной влаги в той же последовательности, что и по занятому пару, как в метровом, так и в 20-сантиметровом слое.

А.И. Беленков и др. (2006) и П.Я. Захаров с соавторами (2005) рекомендуют чередование глубины основной обработки почвы: глубокую (0,25- 0,27 м) в пару при внесении навоза под пропашные культуры со средней (0,22-0,22 м) в черном пару без внесения навоза под озимые и яровые зерновые, также мелкой (0,12-0,14 м) под зерновые в сухую осень; предлагают использовать в севооборотах при поверхностной и мелкой обработках орудия КПШ-9, АПК-6, БДТ-7, КПЭ-3,8, КУМ-4.

Многие исследователи отмечают, что лучшие условия для прорастания семян сельскохозяйственных культур создаются при размещении их на плотной почве, прикрытой сверху рыхлым мелкокомковатым слоем, хорошо пропускающим воздух. При этом указывается, что слишком глыбистая или распыленная почва снижает всхожесть высеянных семян (Я.Г. Керимов, 2008; А.А. Сухарева и др., 2009; В.В. Ивенин и др., 2010).

Для снижения потерь воды на испарение важно, чтобы верхний слой почвы состоял в основном из структурных комочков размером 0,25-3 мм. Испарение воды увеличивается, если в верхнем слое содержатся отдельности размерами меньше 0,25 мм или больше 5 мм. Влажность почвы оказывает большое влияние на качество вспашки, культивации посева и других полевых работ.

Результаты исследований И.А. Вольтере и Е.Н. Журавлевой (2007) показали, что запас доступной влаги перед севом озимой пшеницы по отвальной обработке в 20-сантиметровом слое был 22,0 мм, по безотвальной обработке - 22,2 мм. То есть различия несущественные. Что касается поверхностной обработки, то запас влаги перед севом составил 24,9 мм, в связи с тем, что при поверхностной обработке влага испаряется только с верхнего слоя почвы, что обусловило большое накопление влаги, по сравнению со вспашкой и безотвальным рыхлением.

Как упомянуто выше, лучшие условия для прорастания семян сельскохозяйственных культур создаются при размещении их на плотной почве, прикрытой сверху рыхлым мелкокомковатым слоем, хорошо пропускающим воздух, а слишком глыбистая или распыленная почва снижает всхожесть высеянных семян.

Для установления степени крошения верхнего слоя почвы и правильного выбора почвообрабатывающих орудий важно определить и знать оптимальные размеры комочков, прикрывающих семена.

В научных учреждениях Поволжского региона с 1952 года были развернуты массовые исследования по совершенствованию систем земледелия и технологий возделывания сельскохозяйственных культур, в основу которых положены идеи бесплужного земледелия, развитые в работах академиков Н.М. Тулайкова, Т.С. Мальцева и А.И. Бараева.

В Самарском НИИСХ эти вопросы изучаются более 50 лет - с 1952 по 1961 гг. - системы безотвальной обработки, предложенные Т.С. Мальцевым, с 1962 по 2003 гг. - технологии возделывания сельскохозяйственных культур с использованием машин стерневого комплекса и комбинированных почвообрабатывающих и посевных агрегатов.

На основе многолетних исследований установлены качественно новые стороны водного режима при обработке почвы с сохранением стерни на поверхности поля. В осенний период в почве при такой обработке накапливается дополнительно в среднем 17-18 мм влаги. Весенние запасы увеличиваются по сравнению с отвальной зябью на 28 мм, а в годы с засушливой осенью и небольшим количеством зимних осадков - на 40 и более мм.

При плоскорезной обработке складываются лучшие условия для перемещения влаги зимних осадков по почвенному профилю, что способствует более устойчивому водному режиму.

Наиболее высокую эффективность плоскорезная обработка почвы обеспечивает в сухостепных районах Среднего Поволжья с годовой суммой осадков 300-320 мм. Оставленная на поле стерня является в этой зоне важным средством дополнительного накопления влаги и роста урожайности яровых зерновых культур.

В опытах, проведенных на южных черноземах и темно-каштановых почвах Самарского Заволжья, прибавка урожая яровых зерновых от плоскорезной обработки составила 1,7-2 ц/га. Выход зерна в севообороте с 1 га пашни увеличился при плоскорезной обработке на 10-12%, а в засушливые годы - на 50-55% (В.А. Корчагин, 2005).

Как отмечает В.А. Исаенко (2005), в условиях засушливого климата лесостепи Зауралья обработка почвы должна способствовать максимальному накоплению, сохранению и рациональному использованию атмосферных осадков, созданию оптимального строения пахотного слоя и уничтожению сорной растительности. Уплотнение или разрыхление пахотного слоя, проводимое тем или иным приемом обработки, оказывает определенное влияние на накопление и расходование влаги в почве. К моменту посева яровой пшеницы по пару наибольшие запасы продуктивной влаги отмечены на вариантах, обработанных безотвальными орудиями (глубокое безотвальное рыхление и плоскорезная обработка).

В условиях ООО «Добровольное» Ипатовского района Ставропольского края уже в течение последних шести лет на большой площади ведется прямой сев полевых культур, таких как озимая пшеница, подсолнечник, кукуруза. Кафедра общего и мелиоративного земледелия Ставропольского ГАУ также занимается на территории хозяйства изучением этого вопроса. Полученные экспериментальные данные подтверждают высокую эффективность прямого посева. Достаточно привести показатели продуктивной влаги в почве при возделывании озимой пшеницы и подсолнечника. Весной в начале вегетации озимой пшеницы в 2009 году содержание продуктивной влаги в метровом слое по вспашке составило 130 мм, по мелкой обработке - 139, при прямом посеве - 147 мм. В 2010 году при возделывании подсолнечника 210; 207 и 252 мм соответственно.

Накопление влаги в почве положительно сказывается на количестве формируемого урожая. В 2009 году получена урожайность озимой пшеницы по вспашке 27 ц/га, по мелкой обработке 29,7 и при прямом посеве 39 ц/га. В 2010 году на этом же поле возделывали подсолнечник на маслосемена и получили урожайность: по вспашке —11,1 ц/га, мелкой обработке - 12,7 и при прямом посеве - 15,8 ц/га (Г.Р. Дорожко, Д.Ю. Бородин, 2010).

По данным А.В. Алабушева и др. (2009), в условиях южной зоны Ростовской области высокие запасы влаги в метровом слое почвы ко времени посева сохранились по поверхностным обработкам в размере 49,4-49,5 мм, а меньше всего влаги накопилось по отвальной и безотвальной обработке - 45,7-35,3 мм. Максимальная урожайность озимой пшеницы была получена в вариантах с поверхностной обработкой.

Аналогичные результаты получены Е.В. Кузиной (2009). По ее данным, сохранение стерни при поверхностных обработках способствует накоплению снега, а снижение плотности ведет к уменьшению стока талых вод и увеличивает запасы влаги в почве. За годы исследований в слое 0-30 см вспаханной осенью почвы к моменту сева озимой пшеницы содержалось 37,5 мм влаги, а в поверхностно обработанной почве - 42,0 мм. Эти различия достаточно высоки и положительно сказались на полевой всхожести семян, состоянии всходов и урожайности культуры. По вариантам поверхностной обработки урожайность озимой пшеницы составила 40,3, в варианте отвальной обработке - 39,7 ц/га.

А.И. Беленков (2006) отмечает, что на светло-каштановых почвах Нижнего Поволжья наибольшее усвоение атмосферных осадков отмечается при глубокой обработке плоскорезами и корпусами СибИМЭ, наименьшее - по мелкой безотвальной и чизельной обработкам. Оценка урожайности с.-х. культур и энергетической эффективности показала преимущество плоскорезной обработки перед отвальными.

Такого же мнения придерживаются С.Н. Шевченко, В.А. Корчагин и О.И. Горянин (2008). Они отмечают, что переход на энергосберегающие способы подготовки почвы и посева с использованием комбинированных агрегатов создает более благоприятные условия для роста и развития растений. Как показали исследования, агрофизические свойства при этом не ухудшаются, водный режим улучшается, повышается в почве содержание подвижного фосфора и обменного калия, уменьшаются темпы минерализации гумуса.

Для получения дружных всходов озимой пшеницы необходимо, чтобы запас продуктивной влаги в слое 0-0,20 м составлял 20-40 мм. Запас влаги порядка 15 мм обеспечивает только удовлетворительные всходы

Изучение динамики запасов влаги в наших опытах показывает, что ее количество различается по предшественникам и способам и приемам основной обработки почвы. Так, перед севом озимой пшеницы запас влаги по всем вариантам обработки был достаточным для получения дружных всходов, однако преимущество оставалось за поверхностными и мелкими обработками, а по изучаемым предшественникам - за занятым паром (рис. 36).

Динамика влажности почвы перед севом озимой пшеницы в зависимости от предшественника и способа основной обработки почвы (2002-2013 гг.)

Рисунок 36 - Динамика влажности почвы перед севом озимой пшеницы в зависимости от предшественника и способа основной обработки почвы (2002-2013 гг.).

На варианте с применением отвальной обработки в слое 0-0,3 м содержится 19,3 мм влаги, несколько меньше ее при использовании комбинированной обработки - 17,6 мм, тогда как по поверхностной и мелкой обработке - 25,9 и 30,1 мм. В метровом слое содержится соответственно 106,7; 110,2; 119,1 и 124,6 мм. Подобная закономерность наблюдается также по предшественникам горох и кукуруза на силос. Если в первый период вегетации озимая пшеница в основном расходует влагу из верхних слоёв, то с конца фазы весеннего кущения идёт интенсивное потребление из более глубоких горизонтов почвы.

Расчет запасов продуктивной влаги в критический период водопотреб- ления, в фазу выход в трубку —» колошение, показывает (рис. 37), что по всем способам обработки и предшественникам озимая пшеница была обеспечена влагой в оптимальных количествах - от 25,5 мм на варианте комбинированной обработки до 46,7 мм при использовании поверхностной обработки. Различия по содержанию влаги между отвальным и комбинированным способом обработки были несущественны, но применение поверхностных и мелких обработок достоверно увеличивало запас продуктивной влаги.

Динамика влажности почвы в фазу выход в трубку —» колошение в зависимости от предшественника и способа основной обработки почвы (2002-2013 гг.)

Рисунок 37 - Динамика влажности почвы в фазу выход в трубку —» колошение в зависимости от предшественника и способа основной обработки почвы (2002-2013 гг.).

Отвальный способ обработки вследствие проведения такой технологической операции, как оборачивание, способствует испарению влаги из почвы, что в случае короткого периода от уборки предшествующей культуры и посева озимой пшеницы оказывает негативное влияние на накопление влаги в почве.

При поверхностной и мелкой обработке создается наиболее благоприятный водный режим за счет создания рыхлого слоя на поверхности почвы и располагающейся под ним уплотненной прослойки. В этом случае рыхлый поверхностный слой хорошо усваивает атмосферные осадки, а плотная прослойка препятствует диффузному передвижению влаги в атмосферу, что в целом значительно улучшает водный режим почв в зонах недостаточного и неустойчивого естественного увлажнения.

Что касается предшественников, то можно констатировать, что наименьший запас продуктивной влаги был при возделывании озимой пшеницы по кукурузе на силос. Данный факт объясняется тем, что предшествующие культуры потребляют различное количество влаги на формирование вегетативной массы, транспирационный коэффициент у них различный, кроме того, по технологии возделывания и срокам вегетации эти культуры освобождают поле в разное время, поэтому период для подготовки почвы к севу озимой пшеницы и накоплению влаги наибольший после занятого пара и наименьший после кукурузы на силос, что сказывается на показателе влажности почвы к началу сева.

Самым ответственным периодом при выращивании озимой пшеницы, является получение всходов. В течение периода исследований перед севом озимой пшеницы в верхнем слое почвы 0-0,10 м после занятого пара в среднем за период исследований влажность наибольшая и составляет в зависимости от способов обработки 15,3-17,9%, после гороха на зерно - 14,6-16,0% и в варианте после кукурузы на силос - от 13,1 до 14,8%,. На появление дружных всходов озимой пшеницы решающее влияние оказывает влага, локализованная в слое почвы 0,10-0,30 м. И здесь наблюдается различие в количестве влаги по вариантам: после занятого пара влажность составляет от 16,1 до 20,1%, что на 2,7-3,4 % больше, чем после кукурузы на силос, и на 1,5— 3,6% больше, чем после гороха на зерно. Более высокие запасы продуктивной влаги перед посевом озимой пшеницы в пахотном слое почвы (0-30 см) накапливаются после занятого горохоовсяной смесью пара при использовании в качестве основной мелкой обработки (30Д мм), меньшее - после кукурузы на силос по отвальному способу обработки (16,9 мм).

Математическая обработка данных свидетельствует о положительных эффектах взаимодействия предшественника и обработки почвы на влажность почвы слоя 0-10 см Fo5> Рфакт 2,29:6,32, предшественником и фазой развития озимой пшеницы 2,56 к 8,72, обработкой почвы и фазой развития озимой пшеницы 2,9 к 9,14.

Проведен анализ наличия связи урожайности пшеницы от влажности почвы (Хз) по предшественникам. На основе анализа составлены три модели этих связей. Для предшественника кукуруза на силос составлено уравнение регрессии вида Y = 6,191 - 0,187Х3, занятого пара - Y = - 11,6834+1,0208Х3, гороха - Y = 1,901+0,1708Х3. Фактор влажности почвы оказывал положительное влияние на рост урожайности пшеницы при возделывании по гороху и занятому пару. Однако при возделывании ее по предшественнику кукуруза на силос имеется отрицательная тенденция. В данной модели b = - 0,187 и г3= -0,094. Объясняется это тем, что культура, выступающая в качестве предшественника, имеет поздний срок уборки и иссушает почву, что отражается на снижении урожайности озимой пшеницы.

Таким образом, соломенная мульча и концентрация влаги в верхних слоях почвы как следствие ресурсосберегающих систем обработки почвы, совместно дополняя друг друга, могут обеспечить наиболее эффективное использование почвенной влаги.

Оставление на поверхности мульчирующего слоя растительных остатков способствует задержанию на полях снега и накоплению почвенной влаги в холодное время года, что в должной мере компенсирует, а часто и превосходит функциональную роль глубокой основной обработки.

Основной фактор интенсификации влагонакопительного эффекта почвы в условиях мульчирующих обработок - повышенная инфильтрация, которая значительно увеличивается главным образом благодаря отсутствию на поверхности почвы уплотненного слоя. Установлено, что минимальная обработка только за счет уничтожения поверхностной корки повышает скорость инфильтрации влаги в почву на 50%.

При сравнении показателей влажности почвы по изучаемым в опыте факторам очевидно, что влагообеспеченность озимой пшеницы зависит в равной степени от способа основной обработки почвы и предшествующей культуры. Полученные результаты подтверждают тот факт, что поверхностные и мелкие обработки способствуют повышенной влажности почвы, а вследствие этого формированию оптимальных ресурсов влаги, наиболее существенным это становится в годы с выпадением осадков ниже нормы.

 
Посмотреть оригинал
< Пред   СОДЕРЖАНИЕ   ОРИГИНАЛ     След >