CC BY
68
АГРОНОМИЯ И ЛЕСНОЕ ХОЗЯЙСТВО
УДК 631.43
АГРОФИЗИЧЕСКИЕ ПОКАЗАТЕЛИ СВЕТЛО-КАШТАНОВЫХ ПОЧВ И ИХ РЕГУЛИРОВАНИЕ ПРИЁМАМИ ОСНОВНОЙ
ОБРАБОТКИ
LIGHT-BROWN SOILS AGROPHYSICAL INDICES AND THEIR REGULETION BY CULTIVATION BASIC METHODS
A.H. Сухов, доктор сельскохозяйственных наук, профессор
ФГОУВПО Волгоградская государственная сельскохозяйственная академия
A.N. Sukhov
Volgograd state agricultural academy
По результатам многолетних исследований анализируется влияние приёмов основной обработки светло-каштановых почв на агрофизические показатели их плодородия.
Light-brown soils cultivation basic methods influence on their fertility agrophysical indices is analyzed according to the results of many years.
Ключевые слова: обработка, строение, сложение, твёрдость, структурно-агрегатный состав светло-каштановых почв.
Key words: cultivation, structure, composition, solidity, light-brown soils structural-aggregate composition.
Расцарапав более 10 тысяч лет назад девственную почву палкой, острым суком или костью крупного животного и посеяв в открытую борозду семена полезных растений, человек положил начало земледелию и обработке почвы как основному приёму агротехнологии. И даже в настоящее время, когда появилась возможность решать некоторые задачи обработки почвы другими средствами, тем не менее даже в современных технологиях «No-Till» она сохраняется, хотя и совмещается с посевом, прежде всего, как средство воздействия на агрофизические свойства почвы.
Агрофизические свойства почвы, в первую очередь, плотность и порозность, являются регуляторами интенсивности и направленности протекающих в ней процессов массо- и энергообмена и в значительной степени определяют состояние её водно-воздушного, теплового и пищевого режимов. При этом самым радикальным и быстродействующим средством воздействия на них является механическая обработка почвы. Особое значение она приобретает в короткоротационных зернопаровых севооборотах, где из-за ограниченного числа возделываемых культур, принадлежащих одной биологической группе, возрастают негативное влияние однообразной технологии и отсутствия корнесмена и роль обработки почвы в качестве компенсирующего мероприятия.
Наиболее существенным образом обработка почвы сказывается на таких её агрофизических свойствах, как плотность, порозность, твёрдость и структурно-агрегатное состояние.
Как показали наши исследования, светло-каштановые почвы, имеющие обычно сильное исходное уплотнение (в среднем 1,27-1,44 т/м3 в слое 0-0,3 м), после осенней обработки значительно разуплотняются (до 0,80-0,92 т/м3). Однако такое рыхлое сложение сохраняется недолго, и уже к середине лета следующего года плотность почвы становится почти одинаковой независимо от способа и глубины осенней обработки, что объясняется её слабой гумусированностью, оструктуренностью и солонцеватостью. О скорости оседания взрыхленной почвы можно судить, сопоставляя плотность её сложения в одних и тех же слоях, затронутых и не затронутых обработкой.
Наблюдения за плотностью почвенных слоев, расположенных ниже границы обработки, выявили факт её заметной естественной динамики. При средней плотности в не затронутых обработкой слоях 1,25-1,30 т/м3, в отдельные годы почва разуплотнялась до 1,05-1,10 т/м3 и, напротив, самоуплотнялась до 1,45-1,48 т/м, что свидетельствует о значительных объёмных изменениях (набухании и усадке), происходящих в светло-каштановых тяжелосуглинистых почвах под влиянием погодных факторов. Особое значение имеют ранневесенние (мартовско-апрельские) осадки. С их увеличением уплотнение почвы также возрастает, особенно при её мелкой зяблевой обработке.
Независимо от глубины и способа обработки, сильнее всего почва уплотняется в нижней части пахотного слоя и слабее - в поверхностном 0-0,1 м. При этом после мелкой обработки пахотный слой 0-0,3 м имеет более высокую (в среднем на 0,03 т/м3) плотность сложения. Безотвальная (плоскорезная) зябь, особенно мелкая, обычно характеризуется несколько повышенной, по сравнению с отвальной, плотностью сложения пахотного слоя. При этом из-за плохого качества крошения наиболее высокая плотность наблюдалась после чизельной обработки.
Плотность почвы связана обратной пропорциональной зависимостью с величиной её общей пористости, которая во многом определяет водно-воздушные и тепловые свойства почвы. В свою очередь, она связана прямой функциональной зависимостью с аэрацией почвы.
Как свидетельствуют обобщенные многолетние данные, в отдельных случаях значения изучавшихся показателей выходили за пределы регионального агрономического оптимума (плотность 1-1,3 т/м3, общая порозность 55-60 %, отношение капиллярной порозности к некапиллярной 2-3), и поэтому в посевах яровых зерновых культур с наиболее выраженной динамикой плотности почвы (х, т/м3) она была связана с урожайностью (у, ц/га) обратной линейной зависимостью (г=-0,43, Р=0,999):
у=62,46-40,14х.
В среднем за годы исследований максимальная разница между вариантами опыта по глубине обработки достигала 0,06 т/га, приёмами обработки - 0,11 т/м3 и выходила за пределы 0,03-0,04 т/м3, когда, по данным Почвенного института им. В.В. Докучаева, она могла оказать
заметное влияние на условия жизни и продуктивность сельскохозяйственных культур [2]. Тем не менее, влияние способа и глубины основной обработки почвы заметно уступало погодным факторам. Даже в посевах яровых зерновых культур, где оно проявлялось наиболее заметно и статистически достоверно, в среднем за две ротации семипольного зернопаропропашного севооборота плотность сложения пахотного слоя при разной глубине обработки колебалась от 1,22 до 1,28 т/м3 (индекс детерминации всего 5,8 %), в то время как по годам - от 1,06 до 1,33 т/м3 (индекс детерминации 72,2 %). По способам обработки в среднем за десять лет доля их участия в колебаниях урожаев составила 4,0 %, в то время как индекс детерминации по годам - 37,9 %.
Важным, но сравнительно редко используемым агрофизическим показателем является твёрдость почвы, у которой на светло-каштановой почве прослеживается тесная связь с её влажностью - обратная и плотностью - прямая (г=0,67), при этом с последней она выражается уравнением линейной регрессии:
у(кг/см2) = 129,87х(т/м3) - 133,16.
В целом же между ними наблюдается тесная корреляционная зависимость (R=0,69: Р=0,99), выражающаяся уравнением
множественной регрессии
у(кг/см2)=1,187+0,0079х1(т/м3)-0,0079х2(%).
По данным отечественных и зарубежных авторов, оптимальная для сельскохозяйственных культур твёрдость почвы колеблется от 0,8 до 1,8 МПа [1]. В частности, для зерновых при влажности почвы 18-25 % она не должна превышать 0,5-0,8МПа в начальные фазы их развития и 2,0-2,5 МПа в середине вегетации [3].
Как показали наши наблюдения, светло-каштановые почвы даже рано весной, когда влажность пахотного слоя близка к наименьшей влагоёмкости, характеризуются высокой твёрдостью, особенно при постоянной мелкой их обработке. В среднем за пять лет в слое 0-0,25 м она составила: после вспашки на глубину 0,30-0,32 м - 1,65 МПа, 0,25-0,27 м - 1,72 и лущения на 0,12-0,14 м - 2,29 МПа. Таким образом, даже в условиях оптимального увлажнения ранневесеннего периода твёрдость почвы выходила за пределы оптимальной, в то время как её аэрация не опускалась ниже критического уровня. Отрицательную зависимость урожайности от плотности почвы можно объяснить прежде всего прямой коррелятивной связью последней с твёрдостью почвы.
В условиях адаптивно-ландшафтного земледелия особое значение приобретает структурно-агрегатное состояние почвы как стабилизатор почвенной составляющей агроэкосистемы, повышающий её буферность и устойчивость к дестабилизирующим природным и андропогенным факторам и создающий благоприятные условия для перехода к малозатратным адаптивным агротехнологиям, в частности, «No-Till» и «Mini-Till» как составной части экологически
сбалансированного сберегающего земледелия. В настоящее время вопрос о способах и глубине обработки почвы как приёмах
регулирования физического состояния верхнего слоя почвы
обсуждается с позиции перехода к т.н. мульчирующему (сберегающему) земледелию и связывается с его оструктуриванием и образованием мульчирующего слоя из растительных остатков разной степени разложения.
По нашим данным, общее содержание макроагрегатов в слое почвы 0-0,3 м под влиянием приёмов её основной обработки существенно не изменилось. Даже после длительной (6-11 лет) мелкой и безотвальной обработок выход фракций мелкозема, пыли и агрономически ценных агрегатов, а также значение таких обобщающих показателей, как коэффициент структурности и критерий водопрочности, были близкими контролю-вспашке на глубину 0,25-0,27 м.
Более заметные и устойчивые изменения произошли в отдельных прослойках пахотного слоя. Длительная (7-11 лет подряд) мелкая обработка почвы в зернопаропропашном севообороте привела к уменьшению количества водопрочных агрегатов в верхнем (0-0,1 м) слое почвы, где критерий водопрочности составил всего 21,2 % против 45,2 % при постоянной вспашке на 0,25-0,27 м. Напротив, в слое 0,2-0,3 м содержание воздушно-сухих и водопрочных агрегатов по этим вариантам было почти одинаковым. В зернопаровом севообороте при безотвальной плоскорезной обработке, на стерневом фоне без внесения соломы их содержание в слое 0-0,1 м по сравнению с отвальной в среднем за четыре года уменьшилось соответственно на 7,5 и 4,5 %, но увеличилось в слое 0,2-0,3 м на 10,6 и 5,0 %.
На всех вариантах опытов содержание воздушно-сухих агрономически ценных агрегатов значительно изменялось по годам, что свидетельствует о неустойчивости характерной для светло-каштановых почв условно-прочной структуры. При мокром просеивании большая часть макроагрегатов расплывалась и уходила во фракцию размером менее 0,25 мм, и поэтому структурное состояние зональных почв в определяющей степени зависит от весьма изменчивого в местных условиях фактора - влажности почвы.
В короткоротационном зернопаровом севообороте учхоза «Горная Поляна» водопрочность структуры почвы была значительно ниже, чем в длинноротационном зернопаропропашном, где вносился навоз из расчёта 3 т на 1 га севооборотной площади в год, а чистый пар в структуре пашни занимал не 25,0, а 16,6 %. Но в дальнейших исследованиях в ОПХ «Новожизненское» НВ НИСХ, где мульчирующие безотвальные обработки проводились на фоне с дополнительным внесением органики в виде соломы зерновых культур и сидеральной массы эспарцета, они по показателям воздушно-сухой и водопрочной структуры не уступали вспашке или даже несколько превосходили её, что открывает реальный и доступный путь повышения эффективности сберегающих агротехнологий [4].
Современные экологически сбалансированные адаптивноландшафтные системы земледелия, помимо традиционных законов научного земледелия, основываются на ряде экологических, в частности, законе технологического разнообразия, позволяющих исключить или
ослабить негативные последствия андропогенных факторов, вызывающих снижение почвенного плодородия. Применительно к обработке почвы он требует чередовать во времени её глубину, способы и орудия, что позволяет, в частности, создавать в нижних прослойках пахотного слоя т.н. «подпахотную залежь», где почва в течение нескольких лет «отдыхает» и улучшает своё агрофизическое и фитосанитарное состояние, а также помогает избежать образования плужной подошвы - уплотнённого слоя на границе между обработанной и необработанной почвой.
Как показали наблюдения за твердостью почвы, методика которых позволяет получать непрерывную по глубине характеристику почвенного профиля, даже длительная, в течение 13 лет, обработка почвы на одну и ту же глубину не привела к образованию плужной подошвы. Это можно объяснить тем, что она, как правило, производилась тогда, когда почва иссушена и не воспринимает пластические деформации, а орудия обработки имеют неустойчивый по глубине ход и пограничный слой получается не заглаженным, а «рваным» в выбоинах. Кроме того, при незначительных в местных условиях осадках не наблюдается кольматажа илистой фракции, вымываемой из верхних слоев, о чем свидетельствуют результаты механического и микроагрегатного анализа почвы.
Не произошло также существенных изменений в агрегатноструктурном состоянии трёхлетней «подпахотной залежи» в слое 0,2-0,3 м, образованной сочетанием вспашки на 0,25-0,27 и 0,20-0,22 м. Так, в среднем за пять лет содержание агрономически ценных воздушно-сухих агрегатов при постоянной вспашке на 0,25-0,27 и 0,20-0,22 м и разноглубинной обработке колебалось от 72,0 до 75,1 %, водопрочных - от 28,0 до 30,4 %.
Быстрое затухание последействия глубокого рыхления на строение и сложение почвы, инертность и неустойчивый характер процессов её оструктуривания можно объяснить морфологогенетическими свойствами зональных почв и преобладающим влиянием абиотических факторов (погодных условий, режима осадков, гранулометрического и механического состава и пр.), на которые механическая обработка не оказывает существенного влияния. Поэтому, если применяемые системы обработки почвы обеспечивают надлежащую разделку посевного слоя и подготовку ложа для семян, разница в урожайности сельскохозяйственных культур между ними сравнительно невелика и, по данным исследований, находится в пределах 0,15-0,30 т/га (табл. 1).
Таблица 1 - Урожайность сельскохозяйственных культур в зависимости от способа и глубины основной обработки почвы, т/га
Место проведения опытов Сельскохозяйственная культура Число лет Обработка почвы
вспашка на 0,25-0,27 м безотвальная стойками СибИМЭ, плоскорезами на 0,25-0,27 м мелкая отвальная на 0Д0-0Д2 м мелкая безотвальная на 0,10-0,12 м
Учхоз «Горная Поляна» Озимая пшеница по пару 13 2,33 - 2,26 -
Ячмень по зяби 13 1,71 - 1,57 -
Учхоз «Горная Поляна» Озимая пшеница по пару 10 2,09 2,09 - -
Ячмень по зяби 6 1,35 1,33 1,39 1,27
Ячмень по зяби 3 1,34 1,49 - 1,49
С-з «Тингутинский » Светлоярского р-на Озимая пшеница по пару 4 2,10 2,15 - -
Ячмень по зяби 4 1,55 1,51
ОПХ «Новожизненс кое»НВ НИИСХ Озимая пшеница по пару 4 2,57 2,66 - 2,62
Ячмень по зяби 4 1,51 1,20 1,20
В связи с этим, в современных рыночных условиях применение более интенсивной обработки, способствующей улучшению агрофизических свойств светло-каштановых почв, прежде всего снижению их плотности и твёрдости по сравнению с менее интенсивной, определяется в основном экономической целесообразностью.
Библиографический список
1. Вадюнина, А.Ф. Агрофизическая и мелиоративная характеристика каштановых почв юго-востока Европейской части СССР/ А.Ф. Вадюнина. - М.: Изд-во МГУ, 1970. - 325 с.
2. Долгов, С.И. О некоторых закономерностях зависимости урожайности сельскохозяйственных культур от плотности почвы/ С.И. Долгов, С,А. Модина// Теоретические вопросы обработки почв. - JL: Гидрометеоиздат, 1969. - С. 54-56.
3. Лыков, А.М. Воспроизводство плодородия почв в Нечернозёмной зоне/ А.М.
Лыков. -М.: Россельхозиздат, 1982. - 143 с.
4. Сухов, А.Н. Приёмы биологизации севооборотов как составная часть адаптивноландшафтных систем земледелия зоны сухих и полупустынных степей Нижнего Поволжья/ А.Н. Сухов// Известия Нижневолжского агроуниверситетского комплекса: наука и высшее профессиональное образование. -2008. - № 1 (9). - С. 76-86.
E-mail: [email protected]
