CC BY
41
ПОПЫТКИ ИСПРАВИТЬ (УСКОРИТЬ) ЕСТЕСТВЕННЫЙ ПРОЦЕСС ГУМУСООБРАЗОВАНИЯ В ОБРАБАТЫВАЕМЫХ ПОЧВАХ
С.С. Балабанов, Н.Н Картамышев, В.Ю. Тимонов, И.М. Чернышева
Аннотация. В работе представлено два противоположных мнения ученых: одни доказывают, что процесс дифференциации почвенного плодородия естественен и вреден и что его надо отвальной обработкой устранить, превращая гетерогенное строение корнеобитаемого слоя в гомогенное; другие подтверждают естественность дифференциации (расслоения) корнеобитаемого слоя по плодородию, считают его постоянным, обязательным и что попытки устранить его ошибочны и вредны.
Ключевые слова-, гумусообразование, слои почвы, верхние, нижние, дно борозды, климат корнеобитаемого слоя, состояние поверхности почвы, нецелесообразность отвальной обработки.
Процесс гумусообразования по Вильямсу В.Р. (1947) может проходить только в анаэробных условиях, на глубине не менее 20 см. Следовательно, подать «строительный» материал -стерню, опад, навоз и т.п. необходимо в эти условия - запахать на глубину не менее 20 см в анаэробные условия. Только в этом случае внесенная органика превратится в гумус. Это была первая, авторская попытка поправить процесс гумусообразования. Однако этого не произошло. В природе свежие растительные остатки никто в анаэробные условия, на глубину 20 см не помещает, а гумус продолжает накапливаться.
В более поздние сроки с целью обоснования необходимости оборачивания обрабатываемого слоя почвы появилась вторая попытка Барсукова Л.Н., который отмечал, что плодородие различных почвенных горизонтов очень разное и самый плодородный не нижний, а верхний. Из него в нижние слои выделяются вредные для растений продукты жизнедеятельности микроорганизмов, поэтому надо поднять на поверхность (обернуть обрабатываемый слой) малоплодородные нижние слои с целью восстановления их плодородия (Барсуков Л.Н., 1959) [!]■ Эта попытка была малоубедительна.
В дальнейшем, когда факт дифференциации корнеобитаемого слоя по плодородию стал бесспорным, когда работами Сидорова М.И. и Ваньковича Г.Н. (1968); Бурова Д.Н. (1968), Сдобникова С.С. (1968), Ревута И.Б. (1972), Наумова С. А (1977, 1978, 1979, 1982), Сидоро-
ва М.И. (1981) [2]и других было доказано, что в процессе этой дифференциации более высокое плодородие приобретает верхний 0-10 см слой почвы и даже когда работами Мишустина Е.Н. (1975) [3], Кивера В.Ф. (1977) и других ученых была доказана более высокая биогенность верхнего слоя и что гумусообразование энергичнее протекает в верхних слоях почвы, а не в глубине, как это предполагал В.Р. Вильямс (Мишустин Е.Н., 1975), требование оборачивания обрабатываемого слоя почвы осталось незыблемым. Нашлись новые аргументы, подтверждающие необходимость этого. В частности Бахтин П.У. (1959) считал, что при перемещении верхнего горизонта пахотного слоя на место нижнего, культурные растений наиболее интенсивно используют элементы плодородия, накопленные в этом слое, помещенном обработкой на дно борозды, а нижняя часть пахотного горизонта, извлеченная обработкой на верх, в течение вегетационного периода должна наращивать элементы плодородия, т.е. восстанавливать его [4]. При этом отмечается, что при отсутствии оборачивания обрабатываемого слоя почвы, вследствие дифференциации корнеобитаемого слоя и увеличения плодородия в верхних горизонтах его, культурные растения формируют основную массу корневой системы в верхних слоях, у поверхности почвы. Это, при дефиците влаги, приводит к снижению уровня и устойчивости урожаев сельскохозяйственных
Информация об авторах
Балабанов Сергей Семенович, кандидат сельскохозяйственных наук, старший научный сотрудник Картамышев Николай Иванович, зав. кафедрой земледелия, доктор сельскохозяйственных наук, профессор, заслуженный деятель науки, автор открытия, тел. 58-31-18.
Тимонов Владимир Юрьевич, агроном исследователь по оценке, адаптации и внедрению нетрадиционных технологий, кандидат сельскохозяйственных наук, тел. 59-54-50.
Чернышева Наталья Михайловна, кандидат сельскохозяйственных наук, старший преподаватель.
культур, устойчивости земледелия в целом (Сидоров М.И., 1981). Поэтому необходимо оборачивать обрабатываемый слой почвы, помещать верхний, накопивший плодородие слой почвы вниз и покрывать его нижними малоплодородными. К такому выводу пришли Рабочее И.С, Бахтин П.У., Сдобников С.С. В частности Сдобников С.С. (1980) считает наиболее целесообразным строением пахотного горизонта - гетерогенное, с преимуществом факторов плодородия в нижнем слое. По убеждению Ра-бочева И.С. и Бахтина П.У. (1978) строение профиля обрабатываемой почвы должно быть обратно естественному, т.е. нижний ярус должен быть плодороднее, чем верхний или уж, по меньшей мере, не уступать ему. На основании изложенных результатов исследования сложилось представление, что основным, важнейшим условием получения высоких и устойчивых урожаев сельскохозяйственных культур является создание мощного относительно гомогенного окультуренного корнеобитаемого слоя. Подчеркивая важность этого процесса, академик Егоров Б.В. писал: «Это только одна очередная задача в системе мер по повышению и воспроизводству устойчивого плодородия почв. При организации нового скачка в продуктивности земледелия, в улучшении процесса воспроизводства почвенного плодородия - это первое, что необходимо и можно сделать» (Егоров В.В., 1978, 1981).
Что касается важности создания мощного окультуренного корнеобитаемого слоя и его влияния на устойчивость земледелия, то оно бесспорно, а что касается путей создания этого мощного окультуренного слоя и обоснований необходимости сохранения гомогенности его, то они, по мнению Картамышева Н.И. (1985 [5], 1987, 2006) весьма противоречивы и сомнительны.
То, что вспашка (заделка органических остатков на дно борозды) не способствует гуму-сообразованию и что процесс гумусообразова-ния более активно протекает в верхних слоях почвы, а не на глубине, доказал Мишустин Е.Н. и вековой опыт истории земледелия. Что же касается более эффективного использования элементов питания высокоплодородного верхнего слоя представленного вспашкой в расположение основной массы корня (перемещенного при вспашке на дно борозды) и положительного влияния этого фактора на рациональное размещение корневой системы (в условия луч-
шей и более постоянной увлажненности), то авторы этого обоснования не учитывают одного важного момента, что «климат» корнеобитаемого слоя - содержание и характер расходования влаги, скважность, биогенность почвы и т.п. определяется состоянием поверхности почвы, способностью ее к заплыванию, образованию мощной почвенной корки и т.п. в свою очередь определяется окультуренностью верхнего горизонта почвы. Вынесенные же на поверхность в процессе оборачивания обрабатываемого слоя почвы при вспашке менее окультурены и менее плодородны. Следовательно, они не могут обеспечить хорошего «климата» корнеобитаемого слоя, растения в этом случае будут больше угнетаться почвенной коркой, ощущая недостаток кислорода в почвенном воздухе, жизнедеятельность почвенной фауны будет угнетена и т.п. Все это вместе взятое позволяет сделать вывод о целесообразности окультуривания, увеличения содержания гумуса и улучшении агрофизических свойств самого верхнего 0-5; 0-10 см слоя почвы, который должен обеспечить рациональное протекание всех биологических процессов в корнеобитаемом слое, более полное накопление и более продуктивное использование влаги, а также приращение мощности гумусового горизонта не за счет механического перемешивания его с более глубокими слоями бесплодной материнской породы, а за счет стимулирования и усиления процессов гумификации в верхних горизонтах обрабатываемой почвы, то есть вывод о большей пользе и целесообразности гетерогенного корнеобитаемого слоя с преобладанием плодородия в самых верхних 0-5; 0-10 см горизонтах его, т.е. вывод о нецелесообразности оборачивания обрабатываемого слоя почвы, о нецелесообразности отвальной обработки -вспашки. Наши выводы полностью согласуются с результатом работы Милащенко Н.З., который считает сомнительной целесообразность отвальной вспашки (Милащенко Н.З., 1978) [6].
С целью уточнения важности дифференциации обрабатываемого слоя почвы по плодородию Картамышевым Н.И. (1987) проведены исследования по изучению скорости протекания этого процесса в условиях разного хозяйственного использования пашни и экспозиции склона и влияния его на формирование биомассы растений. В процессе исследования учитывалось изменение биологической активности почвы, доведенной перед закладкой опыта до
гомогенного состояния и затем заложенной в изолированные с боков траншеи, сформированные в почве на разных экспозициях склона и используемой под черным и мульчированным паром, озимой пшеницей, сахарной свеклой и ячменем. В качестве показателя биологической активности почвы использовали биомассу ячменя, выращенного на периодически отбираемых по слоям образцах почвы, выдержанной различный срок в указанных выше местах оценки.
В результате исследований установлено, что дифференциация 0-40 см слоя почвенной гомогенной массы начинается сразу же после закладки и заметно прослеживается уже спустя две недели. Процесс дифференциации продолжается в течение всего безморозного периода.
Течение его зависит от условий погоды, экспозиции склона и хозяйственного использования пашни. Причем верхние слои почвы 0-10 и 10-20 практически во все периоды учета имели большую биологическую активность, чем нижние 20-30 и 30-40 см. Что же касается самих слоев 0-10 и 10-20 см, то их биологическая активность попеременно изменялась. Превышение биологической активности того или другого слоя определялась условиями погоды. Так, на вариантах содержащихся по технологии черного пара с мульчированием в первый период учета, спустя две недели после закладки гомогенной почвенной массы в траншеи, т.е. за период с 18 августа по 5 сентября большую биологическую активность приобрел слой 0-10 см. В дальнейшем, в связи с понижением температуры воздуха с 17,7°С в августе до 6,2°С в октябре биологическая активность верхнего 0-10 см понизилась более существенно, чем в слое 10-20 см. Понижалась она и в слоях 20-30 и 30-40 см, но более высокой оставалась в слое 10-20 см, затем в слое 0-10 см и далее в слоях 20-30 и 30-40 см.
В весенний период от возобновления вегетации до 28 апреля более высокая биологическая активность почвы наблюдалась снова в слое 0-10 см. Это объясняется и лучшей прогреваемостью и более оптимальной увлажненностью данного слоя. В дальнейшем, по мере нарастания температур и подсыхания верхнего слоя почвы, максимум биологической активности устойчиво переходит к слою 10-20 см. На втором месте остается слой 0-10 см; на третьем 20-30 и на четвертом 30-40 см. Аналогичное положение наблюдалось и на вариантах содержащихся под черным паром, озимой пшеницей,
сахарной свеклой и ячменем. Различия заключаются лишь в том, что при содержании делянок под черным паром, без соломенной мульчи, преимущество верхнего 0-10 см слоя по биологической активности прослеживается более длительный срок, до 28 мая, а на делянках, занятых озимой пшеницей такое преимущество отмечено лишь в весенний период от начала вегетации до 28 апреля. При использовании делянок для выращивания сахарной свеклы и ячменя изменение биологической активности слоев почвы было практически аналогичным изменению ее при содержании делянок под черным паром. Некоторые особенности в изменении биологической активности верхних слоев 0-10 и 10-20 см почвы при различном содержании делянок можно объяснить наличием, разным сроком покрытия (появления) и разной мощностью мульчи (соломы и растительной массы озимых и яровых культур). При возделывании ячменя, и особенно сахарной свеклы, поверхность поля была более длительное время открытой, поэтому и характер изменения биологической активности на этих участках был больше похож на изменение ее на участке, содержащемся под черным паром. Растения озимой пшеницы, уменьшая прогревание почвы и используя элементы питания в начале вегетации из верхнего 0-10 см слоя несколько снизили биологическую активность его в осенний период по сравнению с биологической активностью в слое 10-20 см.
Большая биологическая активность верхнего 0-10 см слоя почвы прослеживается в осенний период, от закладки опыта до конца, примерно первой декады сентября месяца, и весной, от начала вегетации, примерно от начала второй половины апреля до конца мая. В остальные периоды преимущество по биологической активности сохраняется за слоем 10-20 см. Биологическая активность нижележащих слоев 20-30 и 30-40 см уменьшалась с глубиной их залегания, во все периоды учета. Отмечая попеременное значение по величине биологической активности слоев почвы 0-10 и 10-20 см следует заметить, что в отдельные периоды, осенью после 10 сентября и весной, примерно с
1 июня и до конца вегетации, биологическая активность слоя 0-10 см несколько снижалась за счет пересушивания верхнего 0-3 и 0-5 см (летом) и более активного влияния понижения температуры на почву этого слоя осенью (после 10 сентября). Однако, биологическая активность не охватывает всего понятия «плодоро-
дие», поэтому можно с большой уверенностью заключить, что в целом более высокий уровень плодородия формируется в верхнем 0-10 см слое почвы под влиянием тепла, влаги, света и т.п.
Что касается хозяйственного использования пашни, то черный пар обеспечивает более высокий и устойчивый уровень биологической активности почвы. Далее идет мульчированный соломой пар. Но влияние этого фона менее устойчиво и менее последовательно. Здесь, очевидно, сказывается роль светорассеивающего белого цвета соломы. Сахарная свекла, в результате длительного оставления почвы открытой и активной обработки верхнего слоя ее, обусловливает биологическую активность почвы близкую к уровню ее под черным паром. Культуры сплошного сева (озимая пшеница и ячмень) обусловливают самый низкий уровень биологической активности почвы.
Не менее сильно влияние на биологическую активность почвы оказывает и местоположение участка, экспозиция склона. В этих опытах, биологическая активность почвы на южном склоне, практически во все периоды учета, кроме августа месяца, была самая высокая, на втором месте по биологической активности была почва водораздела и на третьем - северного склона. Причины этой дифференциации заключаются в том, что в Курской области среднесуточная температура пахотного слоя на склоне южной экспозиции крутизной 4-6° на 0,5-3,0° выше, чем на склоне северной экспозиции. Разница в температуре приземного слоя воздуха в слое 0-100 см составляла 0,3-2,0°, а относительная влажность воздуха в этом слое была на склоне южной экспозиции на 3-8 % ниже, чем на северной, т.е. различия в климате северного и южного склона равно перемещению с севера на юг на 300 км (Шикула Н.К., 1974) [7]. Этим же можно объяснить и некоторое снижение биологической активности почв южного склона по сравнению с северным в августе месяце - отрицательным влиянием более высоких температур на фауну почвы и меньшим содержанием влаги в них на южном склоне.
Итак, результаты проведенных исследований свидетельствуют о большой мобильности биологической активности почв и о весьма раннем (спустя две недели) начале процесса дифференциации почвы.
Приведенные исследования совпадают с выводами Ревута И.Б. (1972) [8] и Сидорова М.И. (1982) которые считают, что хорошо перемешанный пахотный слой почвы через 2-3 месяца проявляет явно выраженное признаки расчленения и что верхняя часть почвы (0-10 см) будет иметь более высокое эффективное плодородие чем нижележащая.
Таким, образом, процесс дифференциации корнеобитаемого слоя почвы по плодородию, есть постоянное, под действием климатических условий и хозяйственного использования пашни, расслоение плодородия сверху вниз с устойчивым накоплением его в верхних слоях, обеспечивающее систематическое наращивание мощности высокоокультуренного плодородного корнеобитаемого слоя. И это есть не что иное, как закон земледелия, который следует не отвергать вспашкой, а использовать, помогая природе, в целях ускорения процесса окультуривания обрабатываемых почв и повышения устойчивости земледелия.
Резюме: Расслоение плодородия почвы с большим накоплением его в самом верхнем слое есть закон земледелия и ему не следует мешать в процессе обработки почвы.
Список использованных источников
1 Барсуков Л.Н, Забавская К.М., Иванов Т.Н. Об агрономической роли отвальной вспашки// Земледелие.-1959.-№11.-С. 67.
2 Сидоров М.И. Плодородие и обработка почвы.-Воронеж: Центрально-Черноземное кн. изд-во, 1981.-С. 6-28.
3 Мишустин Е.Н Ассоциация почвенных микроорганизмов. -М.: Наука, 1975.-С. 18-33.
4 Бахтин П.У. Проблемы обработки почвы. -М.: Знание, 1969. - 61 с.-(Новое в жизни, науке и технике. Серия «с.-х.», 5).
5 Картамышев Н.И., Бардунова И.Т. Роль обработки, культурных растений и почвенной фауны в гумусообразовании // Сельскохозяйственная биология.-1985.-№6.-С.39-45.
6 Милащенко НЗ. Минимализация обработки почв при возделывании зерновых: культур в Западной Сибири // Проблемы земледелия. -М.: Колос, 1978.-С. 250-251.
7 Шикула Н.К. Защита почв от эрозии в условиях пересеченного рельефа: методические материалы.-М.: Колос, 1974.-С. 11-12.
8 Ревут И.Б. Физика почвы.-Л.: Гидроме-тиоиздат, 1972.-356 с.
