Водопрочность структуры почвы в зависимости от основной обработки почвы и предшественника озимой пшеницы

К числу важнейших факторов, определяющих плодородие почвы, относится её структурный состав. Он служит характерным генетическим признаком почвы, так как является функцией факторов, определяющих почвенный тип, механический, химический состав, а также наличие и качество органического вещества.

Влияние структуры почвы на её физические свойства, условия обработки, водно-воздушный режим и в целом на плодородие почвы и развитие растений отмечается в работах В.В. Докучаева (1949), П.А. Костычева (1951). Наиболее детально исследовал роль структуры в плодородии В.Р. Вильямс (1949). В последующем эти вопросы, а также теория структурообразования получили дальнейшее развитие в работах К.К. Гедройца (1955), А.Г. Доярен- ко (1963), Н.А. Качинского (1947, 1963, 1965) и других отечественных и зарубежных учёных.

По К.К. Гедроицу (1955), исходным энергетическим моментом для образования структуры почвы являются разноименно заряженные коллоиды и ионы диссоциированных электролитов. Противоположно заряженные коллоиды взаимно притягиваются, коагулируют, образуя первичные микроагрегаты. Первичные микроагрегаты сами могут сохранять остаточный заряд и, в случаях разноименных зарядов, будут взаимно притягиваться, создавая микроагрегаты второго, третьего и т.д. порядков. Микроагрегаты и агрегаты, образующиеся в процессе коагуляции, в дальнейшем могут становиться механически прочными и водопрочными вследствие химических процессов, протекающих в почвах при сменных режимах. Аналогичные выводы делает в своих работах и Н.А. Качинский (1963).

В.Р. Вильямс (1938) утверждал, что водопрочная структура почвы является основой ее плодородия. Поддерживать структуру на высоком уровне предлагалось с помощью травопольной системы земледелия. Одним из элементов ее была культурная вспашка плугом с предплужником. Она основывалась, как утверждал В.Р. Вильямс, на разнокачественности пахотного слоя - верхний (до 10 см) распыляется, т.е. ухудшается за теплый период года, а нижний улучшается. Отсюда, чтобы улучшать структурные качества всего пахотного слоя, нужно ежегодно менять их местами. Однако в литературе уже тогда были опубликованы данные, которые говорили о том, что плодородие почвы уменьшается от верхних слоев к нижним, а не наоборот, что самая плодородная почва находится сверху, а плодородие нижних, и особенно подпахотных слоев, значительно ниже.

К противоположным выводам по способам улучшения структуры почвы пришел Т.С. Мальцев (1971). Он утверждает, что деятельный перегной и структура почвы может создаваться не только многолетними травами, но и однолетними культурами, если почву не оборачивать, а применять поверхностную обработку с периодической глубокой безотвальной вспашкой. Решающее значение в питании растений Т.С. Мальцев придаёт верхнему слою почвы, в котором сосредоточена большая часть корней растений и поэтому, вопреки утверждениям приверженцев культурной вспашки, не считает необходимым выравнивать по плодородию обрабатываемый слой почвы.

Несколько позже сотрудники ВНИИЗХ под руководством академика А.И. Бараева (1988) разработали и теоретически обосновали почвозащитную систему обработки почвы для земель, подверженных ветровой эрозии. Хотя теоретические обоснования новой системы обработки почвы и предложений Т.С. Мальцева несколько разные, сущность же их воздействия на почву одна - сохранение слоев на месте без оборачивания и перемешивания.

А.И. Бараев (1960) и другие пришли к выводу, что в засушливых эрозионноопасных районах нельзя применять отвальную обработку почвы. Главным условием рациональной обработки в таких районах должно быть не оборачивание почвы, а ее рыхление плоскорежущими орудиями, сохраняющими стерню и другие растительные остатки на поверхности поля с целью предотвращения ветровой эрозии и уменьшения испарения влаги. При этом ими установлено, что растительные остатки, разлагаясь на поверхности почвы при свободном доступе кислорода, способствуют большему образованию деятельного перегноя, чем при вспашке. Происходит также большая дифференциация плодородия слоев почвы, которая не приводит в целом к снижению ее плодородия по сравнению с перемешанной почвой, а наоборот, увеличивает его.

Сведения о разнокачественности отдельных частей пахотного слоя по плодородию и интенсивность их дифференциации послужили теоретической основой, главным образом, способов и глубин обработки почвы в разных почвенно-климатических зонах. Однако до настоящего времени единого мнения по способам обработки черноземных почв нет.

Т.С. Мальцев (1971) и А.И. Бараев (1973) считают, что естественное расположение слоев почвы является наиболее благоприятным для сохранения и повышения ее плодородия и произрастания культурных растений. Поэтому они рекомендуют обрабатывать почву только безотвальными орудиями.

Концепция В.Р. Вильямса о ежегодной вспашке черноземных почв поддерживалась также Л.Н. Барсуковым и К.М. Забавской (1953).

Однако позднее, проведя опыты, они, а также С.С. Сдобников (1973), К.Г. Щульмейстер (1975), Г.И. Казаков (1997), В.А. Корчагин (1975), И.А. Чу- данов (1992), пришли к выводу о необходимости чередования вспашки с безотвальными обработками.

И.Б. Ревут (1972) делает заключение о необходимости ежегодного тщательного перемешивания пахотного слоя почвы с помощью фрезы.

В зарубежной литературе указывается также, что при минимальной обработке почвы, когда она не оборачивается, складываются лучшие условия для повышения ее плодородия и роста растений. Однако в странах с умеренным климатом для лучшего распределения питательных веществ в пахотном слое и равномерной заделки удобрений рекомендуется проводить вспашку через 3-5 лет.

Направленное регулирование плодородия почв, по мнению И.Б. Ревута (1972), Б.А. Доспехова (1978), В.П. Нарциссова (1982), И.П. Макарова (1984) и других ученых, возможно на основе знания не только агрохимических, биологических, но и агрофизических ее свойств.

По данным академика Л.Н.Петровой (2008), выбор способов и глубины обработки почвы должен основываться на биологических критериях (требования растений к условиям почвенной среды, особенности жизнедеятельности почвенных микроорганизмов).

В засушливых регионах особенно важно, по мнению Б.А. Доспехова (1978), чтобы орудия для обработки почвы за один проход создавали такую ее структуру, которая по своим агрофизическим свойствам была бы оптимальной для поглощения и расходования влаги. При этом в обрабатываемом слое должны сохраняться наиболее ценные агрегаты размером от 1 до 10 мм, поскольку именно они определяют условия водного питания растений и жизнедеятельности микроорганизмов.

В результате эксперимента выявлена оптимальная с точки зрения теории термовлагопереноса структура почвы - трехслойная, которая должна создаваться при основной обработке и поддерживаться до посева культуры. Верхний (4-6 см) слой почвы (исключение составляет поздняя зябь), выровненный и сухой, с плотностью не более 0,9 г/см3, должен находиться в мелкозернистом состоянии и содержать почвенные агрегаты от 0,5 до 3,0 мм. На глубине 5-6 см тонкий слой почвы должен быть уплотнен до 1,1-1, 25 г/см3. Нижележащий горизонт (6-20 см), который при глубоких обработках часто бывает излишне рыхлым, должен быть уплотнен до 1,3 г/см3, а при уплотнении - разрыхлен до такого же состояния.

При такой трехслойной структуре верхний сухой слой почвы (желательно мульчированный) уменьшает расход влаги на испарение. Эту проблему можно решить, применяя комбинированные почвообрабатывающие орудия.

Как отмечает А.И. Якунин (2005), наилучшая агрегация пахотного слоя на вариантах без основной обработки и поверхностной обработки обеспечила увеличение коэффициента структурности на 1,5-3,6 единиц по сравнению с контролем. Высокие показатели структуры почв и коэффициента структурности были также созданы на варианте с обработкой почвы стойками Сиб- ИМЭ на 25 см.

Так, при возделывании гороха содержание водопрочных агрегатов составляло в пахотном слое от 63,8% по вспашке на 25 см до 66,0% по поверхностной обработке. В слое 10-20 см водопрочных агрегатов на вариантах со вспашкой было 62,2-63,1%, тогда как на варианте без осенней обработки - 6,7%. Это говорит о том, что вспашка приводит к уменьшению водопрочных агрегатов.

По данным А.А. Айтемирова и Г.Н. Гасанова (2010), переход от обычной отвальной обработки к почвозащитной способствовал повышению коэффициента структурности почвы в среднем по равнинным подпровинциям и видам паров с 0,70 до 0,77 главным образом благодаря защищенности почвы от дефляции пожнивными остатками растений и, возможно, более высокой влажности почвы. Максимальных значений он достигает при нулевой обработке-0,85.

В исследованиях, проведенных Э.А. Гаевой (2008), было выявлено, что содержание агрегатов агрономически ценной фракции больше при чизельной обработке под озимой пшеницей, размещенной по пару и паровой озими, на 3-4% и по непаровым предшественникам - на 6%, чем при отвальной. Колебания процентного содержания пылевидной фракции были незначительными и составляли от 3 до 6% общего количества в пахотном горизонте. К концу вегетационного периода под посевами озимой пшеницы содержание агрегатов ценных фракций выравнялось по всем обработкам и колебалось в пределах 75,6-85,7%. Увеличение пылевидной фракции на 1,5-3,5%, по сравнению с посевом, свидетельствует о потере влаги в почве ко времени уборки. Разрушенная структура почвы в процессе отвальной обработки перемещается в нижнюю часть пахотного слоя, где под воздействием навоза, растительных остатков и микроорганизмов происходит ее естественное восстановление.

О.К. Боронтов, Т.В. Арбузова, В.А. Королев (2010) установили, что система комбинированной основной обработки чернозема выщелоченного повлияла на способность почвы к структурообразованию. Так, коэффициент структурности увеличился до 3, что выше по сравнению с безотвальной и отвальной системами обработки соответственно на 15 и 17%. При этом повышалась водопрочность почвенных агрегатов.

С 1972 года на базе опытной станции учебно-опытного хозяйства Ставропольского государственного аграрного университета в условиях длительного стационарного опыта в восьмипольном зернопропашном севообороте на черноземе выщелоченном коллективом кафедры общего и мелиоративного земледелия проводятся исследования по изучению влияния способов основной обработки почвы на параметры почвенного плодородия и урожайность сельскохозяйственных культур.

На основе многолетних наблюдений установлены закономерности влияния различных способов обработки на водно-воздушный режим почвы в посевах озимой пшеницы, озимого ячменя, озимого рапса, кукурузы на силос на черноземах выщелоченных, отличающихся высокой плотностью и имеющих тенденцию к слитизации.

Определено, что наиболее благоприятное соотношение между твердой фазой почвы и общей пористостью в посевах озимой пшеницы было по отвальному и безотвальному способу обработки. Поверхностный способ обработки способствует уменьшению некапиллярной пористости более чем в 3,5 раза по сравнению с капиллярной, что затрудняет фильтрацию влаги в почве и нарушает водно-воздушный обмен (И.А. Вольтере,2007; И.А. Вольтере и А.И. Тивикова, 2005). При этом подчеркивается, что водопрочность почвенных агрегатов по поверхностной обработке была наибольшая и характеризовалась как отличная по шкале Качинского.

В исследованиях А.А. Китаева (1998, 1999) приводятся данные о том, что в посевах озимого рапса наблюдалось преобладание водопрочной структуры почвы, которая по С.И. Долгову и П.У. Бахтину характеризовалась как хорошая на варианте с роторной и поверхностной обработкой и удовлетворительная по отвальному и безотвальному способам обработки, При этом отмечено, что от начала к концу вегетации идет увеличение водопрочных агрегатов, так как разрушение водопрочной структуры от применения механических обработок не является необратимым процессом и восстанавливается под действием органического вещества, большая часть которого поступает в почву в процессе метаболизма почвенной биоты, растительных остатков культуры и корневых выделений растений.

В.В. Храпачом (1999, 2001, 2002) установлено, что многолетнее применение поверхностной обработки создает более благоприятное сложение верхнего горизонта почвы. Коэффициенты структурности в слоях 0-5 и 5-10 см практически совпадают и равны 1,31-1,32, а количество агрономически ценных агрегатов составляет 56,8-56,9% соответственно, что значительно превышает контроль - вспашку. Однако в нетронутом рабочими органами дисковой бороны слое почвы 10-20 см наблюдается совсем иная ситуация - идет резкое снижение оструктуренности этого пласта (К = 0,76). В данном случае на снижение коэффициента структурности повлияло большое содержание глыбистой фракции - 50,6%.

По данным О.И. Власовой, В.М. Передериевой, В.А. Чинаева (2007), близкое к оптимальному для гороха строению пахотного слоя почвы в опыте создает отвальная обработка на 20-22 см. Все горизонты почвы отличались рыхлым сложением - от 1,12 в слое 0-10 см до 1,15 г/см3 в слое 20-30 см. Дифференциация пахотного слоя по плотности, когда верхний слой сменяется на глубине 10-20 см более плотным, способствует снижению испарения, в результате этого не создается существенных препятствий для поступления атмосферной влаги в почву.

Согласно данным, полученным Г.Р. Дорожко, О.И. Власовой и А.И. Тивиковым (2011), применение плоскорезной обработки с мульчированием соломой повышает содержание в почве водопрочных агрегатов (1-10 мм) в 1,5-2 раза, а число агрегатов размером от 0,25 до 10 мм в диаметре - на 20- 30%.

В исследованиях В.А. Поминова (2008), полученных в условиях Тюменской области, приводятся данные о том, что наилучшее структурное состояние почвы (59,09-79,83%) в посевах яровой пшеницы наблюдалось при разноглубинной (28-30 см) обработке почвы.

Для дерново-подзолистой глееватой среднесуглинистой почвы Центрального района Нечерноземной зоны России Р.Е. Казнин (2011) рекомендует применение системы поверхностно-отвальной обработки, базирующейся на сочетании отвальной на глубину 20-22 см с предварительным лущением на 8-10 см 1 раз в 4-5 лет и поверхностной обработки на 6-8 см в последующие 3-4 года. Предлагаемая система обеспечивает более раннее наступление физической спелости почвы и возможность проведения обработки при более высокой влажности.

Опытными данными Ю.А. Кузыченко и А.А. Федотовым (2010) установлено, что количество агрегатов 1-3 мм было выше на варианте отвальной обработки и безотвального рыхления (35,7 и 30,9%), при этом на варианте с поверхностной обработкой их количество составляет 29,5%.

Повышению доли агрономически ценных агрегатов способствует увеличение в верхнем слое органического вещества и усиленная деятельность земляных червей. Прокладывая в почве ходы, черви увеличивают проникновение воды и воздуха в почву.

Не менее велика в формировании агрономически ценной структуры роль сельскохозяйственных растений, корневая система которых проникает в уплотнившуюся почву, расчленяет и дробит её. Благодаря проникновению корней в почву происходит сдавливание почвенных частиц вокруг корня, сближение, слипание, что, в свою очередь, ведёт к образованию структурных комочков различного размера. Поэтому в практике земледелия велико значение агротехнических мероприятий, способствующих более мощному развитию как надземной массы, так и корней растений. В результате разложения отмирающих частей растений в почве возрастает количество новообразованных гуминовых кислот, заметным образом повышающих водопрочность структуры.

Исследуя развитие корневой системы озимой пшеницы, И.Н. Листопадов и др. (2009) пришли к выводу, что, возделывая озимую пшеницу по непаровым предшественникам, необходимо ограничиваться мелкой или поверхностной обработкой почвы. Растения при этом формируют хотя и несколько иную по габитусу массы корней и соотношению элементов, но вполне достаточную для получения урожая корневую систему. Такая пластичность корневой системы позволяет возделывать ее по энергосберегающей технологии с минимальной обработкой почвы, которая повсеместно распространена в южных регионах России.

Вместе с тем авторы считают, что если минимальную и тем более нулевую обработки длительное время не чередовать с другими способами, то корневая система озимой пшеницы будет не в состоянии обеспечить ожидаемый уровень урожайности. Однако более обстоятельный ответ могут дать углубленные исследования способов обработки почвы в системе севооборотов.

Следовательно, возможно использование различных приемов обработки, однако способ обработки, глубина, сроки должны выбираться с учетом физических законов влагообмена в конкретных почвенно-климатических условиях, целей и задач обработки. В связи с этим обработку почвы необходимо планировать с учетом двух факторов: основная обработка почвы, особенности которой определяются климатом, временем обработки, типом почв и севооборотом, и обработка почвы, которая учитывает особенности технологий возделываемой культуры.

Правильное размещение сельскохозяйственных культур на территории хозяйства и их чередование позволяют уменьшить разрыв между потребностью растений в жизненно необходимых факторах и наличием их в почве и тем самым снизить затраты на дополнительные мероприятия.

Огромное производственное значение прочности структуры почвы было установлено еще в конце XIX века П.А. Костычевым: «Если почва может образовывать комки или принимать комковатую структуру, то с хозяйственной точки зрения важно знать, как долго может сохраняться эта структура при хозяйственных и естественных условиях данной почвы, или, другими словами, важно знать, насколько прочна эта структура».

Прослеживается довольно убедительная зависимость эрозионной устойчивости полей севооборотов от способа обработки почвы. Оставленная на поверхности или заделанная поверхностно дисковыми орудиями солома надежно выполняет почвозащитную функцию, особенно в межвегетационный период. В ходе предпосевной обработки почвы солома измельчается и перемешивается с почвой, образуя специфическую почвенно-соломистую мульчу, которая при дефиците навоза может практически полностью заменить функцию источника органических удобрений. Минимализация обработки с поверхностной заделкой органических удобрений в значительной степени повышает содержание в верхних слоях почвы агрономически ценных водопрочных агрегатов.

Оптимизация показателей структуры верхних слоев почвы при минимальной обработке объясняется прежде всего поверхностной заделкой органических удобрений и накоплением в данной части почвенного профиля значительного количества пожнивных и корневых остатков. Немаловажная роль в этом отношении принадлежит микроорганизмам и почвенной фауне.

Водопрочность структуры почвы в стационарном опыте (табл. 19) характеризуется по Бахтину и Долгову как «отличная» и «хорошая». Вместе с тем она различается по предшественникам и способам обработки почвы, а также изменяется по фазам развития озимой пшеницы. Перед севом водопрочность ниже по сопоставлению с весенним кущением и полной спелостью.

Таблица 19 - Водопрочность структуры почвы в зависимости от основной

обработки и предшественников озимой пшеницы (2002-2013 гг.), %

Предшественник,

А

Обработка почвы, В

Водопрочность,

%

перед

севом

весеннее

кущение

полная

спелость

Пар занятый (горох+овес з/к)

Отвальная

60,1

62,3

63,4

Поверхностная

72,4

76,1

78,2

Комбинированная

63,2

64,9

65,3

Мелкая

75,8

79,0

80,2

Горох на зерно

Отвальная

59,3

61,2

62,1

Поверхностная

70,9

72,3

74,8

Комбинированная

60,9

63,3

64,2

Мелкая

73,2

74,7

75,9

Кукуруза на силос

Отвальная

53,7

55,5

57,3

Поверхностная

65,4

66,8

67,3

Комбинированная

55,9

58,7

61,2

Мелкая

71,1

72,8

74,5

НСР по опыту НСРо5,А НСР05,В Sx,%

  • 4,06
  • 2,33
  • 2,69
  • 2,59
  • 3,78
  • 1,89
  • 2,18
  • 2,03
  • 4,27
  • 2,29
  • 2,71
  • 2,78

На варианте отвальной обработки в среднем по предшественникам она самая низкая - 57,7%, при комбинированной обработке - 60, поверхностной- 69,6, а при мелкой - 73,4%. К фазе весеннего кущения происходит некоторое ее увеличение - от 2 до 2,3%, аналогичное увеличение произсходит и в фазу полной спелости. Эти данные позволяют сделать вывод, что почва сразу после проведения обработки подвержена распылению и обладает низкой водопрочностью, в процессе вегетации озимая пшеница развивает мощную корневую систему, которая делит почву на мелкие комки, уплотняет их, а по мере отмирания корней и образования гуминовых веществ придает им прочность.

Одним из недостатков отвальной обработки почвы является то, что при обороте пласта наверх выносится биологически активный, более разрыхленный слой, который в сильной степени подвержен водной эрозии. Пониженное содержание водопрочных агрегатов служит также причиной заплывания пашни, то есть образования корки. Вред, причиняемый коркой, общеизвестен. На участках, свободных от культурных растений, корка способствует усиленному испарению влаги из почвы, затрудняет проникновение в почву атмосферного воздуха, что резко замедляет аэробные биологические процессы.

Сохранение растительных остатков в верхних слоях почвы при поверхностных обработках способствует защите почвы от солнечного перегрева, лучше аккумулирует осадки, уменьшает испаряемость. В таких условиях работа микроорганизмов активизируется, активно разлагаются растительные остатки и в почву поставляются ионы кальция и магния. Всё это способствует формированию водопрочной структуры. Так, по предшественнику пар занятый водопрочность почвы составляет 72,4% перед севом, 76,1% - в фазу весеннего кущения, 78,2% - в полную спелость. По гороху эти показатели соответственно 70,9; 72,3 и 74,8 %, по кукурузе на силос - 65,4; 66,8 и 67,3%.

Важным фактором водопрочности структуры верхних слоев почвы на фоне минимальной обработки является повышенное содержание здесь не только растительных остатков, но и гумусовых веществ, включая детрит. Мелкая обработка обеспечивает максимальную водопрочность почвы, в среднем по предшественникам она составляет от 80,2 до 71,1 %.

Что касается фактора предшествующей культуры, то преимущество занятых паров и зернобобовых перед пропашными культурами очевидно.

Корневые остатки гороха и смеси его с овсом богаты азотом, что способствует образованию гуминовых веществ, которые, в свою очередь, склеивают почвенные частицы и не дают им разрушиться. Поэтому после этих предшественников формируется водопрочная структура почвы. В зависимости от способа обработка водопрочность почвы в посевах озимой пшеницы, идущей по занятым парам, составляет от 80,2% по мелкой обработке до 60,1% - по отвальной, по гороху эти показатели соответственно 75,9-59,3%, по кукурузе на силос - от 74,5 до 53,7%.

Кукуруза - пропашная культура, возделывается с широкими междурядьями, в которых почва в процессе вегетации культуры может подвергаться разрушению. Положительной стороной этой культуры является хорошо развитая корневая система, которая способствует структурообразованию.

Полученные данные доказаны с помощью математической обработки - разница в показателях водопрочности как по предшественникам, так и по способам обработки не выявлена.

Следовательно, минимальная обработка почвы способствует значительному увеличению корненасыщенности пахотного слоя почвы, что обусловливает заметное повышение водопрочности.

 
Посмотреть оригинал
< Пред   СОДЕРЖАНИЕ   ОРИГИНАЛ     След >