Агрофизические основы обработки почвы

Благоприятные почвенные условия для роста растений склады­ваются при оптимальных параметрах агрофизических свойств по­чвы и показателях ее плодородия. К числу важнейших следует отне­сти плотность и строение почвы, мощность пахотного слоя, струк­турный состав и др.

Современная теория обработки строится на обоснованном со­гласовании агрофизических свойств почвы и предъявляемых к ним требований культурных растений. Поэтому важнейшей агрофизи­ческой основой обработки являются требования культур к плотнос­ти и строению пахотного слоя почвы, структурному составу и степе­ни крошения почвы, мощности пахотного слоя, твердости и другим свойствам, от которых зависят рост растений и урожайность. Количественной характеристикой строения почвы служит вели­чина ее плотности. Различают равновесную и оптимальную плот­ности почвы. Равновесная плотность — это установившаяся плот­ность необработанной (1—2 года) почвы в естественном состоянии. Плотность почвы, при которой складываются благоприятные усло­вия для роста растений и деятельности почвенных микроорганиз­мов, называют оптимальной.

Изучение реакции культур на физическое состояние почв раз­личного генезиса позволило выявить интервалы оптимальных зна­чений плотности почвы для зерновых и пропашных культур. Так, моделирование плотности сложения дерново-подзол истой средне-суглинистой почвы показало, что в средние по увлажнению годы оптимальные ее параметры для зерновых колосовых культур со­ставляют 1,1 — 1,3 г/см³, для пропашных — 1,0—1,2. Равновесная же плотность этой почвы находится в пределах 1,35—1,50 г/см³

Сопоставление показателей равновесной и оптимальной для ро­ста культур плотности позволяет определить необходимость обра­ботки почвы, в данном случае рыхления. Чем больше разность меж­ду этими величинами, тем интенсивнее и глубже должна обрабаты­ваться почва. Например, с помощью вспашки дерново-подзолис­той почвы ее плотность уменьшается с 1,4—1,5 до 0,8—0,9 г/см³ и почва приобретает рыхлое состояние.

Плотность почвы зависит от гранулометрического состава, со­держания гумуса, водопрочных агрегатов, влажности почвы и дру­гих условий.

Почвы тяжелого гранулометрического состава с большим содер­жанием илистой фракции и гумуса подвержены значительному на­буханию при увлажнении и разрыхлению. Это вызывает изменение как равновесной, так и оптимальной плотности.

Высокогумусированные черноземные почвы имеют равновес­ную плотность 1,0—1,3 г/см³, которая совпадает с оптимальной для культур, что позволяет уменьшить интенсивность и глубину основ­ной обработки этих почв. Наилучшие условия для появления всхо­дов зерновых культур, уменьшения испарения влаги из почвы скла­дываются, например, в черноземной тяжелосуглинистой почве, когда верхний (0—7 см) слой имеет рыхлое состояние и плотность 0,98—1,04 г/см³, а нижний (7—30см) слой несколько уплотнен — 1,18—1,20 г/см³. Это достигается сочетанием разноглубинной отваль­ной и безотвальной обработок с поверхностной обработкой почвы.

Оптимизация физических условий почвенного плодородия в первую очередь определяется строением почвы, под которым пони­мают соотношение объемов твердой фазы, капиллярной и некапил­лярной пористости. Наилучшие условия аэрации почвы, воздухо­обмена между почвой и атмосферой, а следовательно, и благопри­ятные условия для роста и развития растений складываются в дер­ново-подзолистой среднесуглинистой почве, когда общая пористость составляет 46—56%, некапиллярная— 18—25, капил­лярная — 28—31 %, а твердая фаза занимает 44—54 % объема почвы.

Оптимальные почвенные условия черноземных почв обеспечи­вает строение, при котором общая пористость составляет 51—62 %, а пористость аэрации — 15—25 %. Предельной величиной, приво­дящей к снижению урожайности зерновых культур, является пори­стость устойчивой аэрации — 13— 15 % объема почвы. При этом со­держание кислорода в нормально увлажненной почве составляет не менее 20 %, а СО₂ не превышает 0,2—0,5%.

С помощью обработки улучшается строение пахотного слоя по­чвы: рыхлением при основной и предпосевной обработках увеличи­вают некапиллярную пористость и, наоборот, уплотняя рыхлую по­чву, уменьшают ее и снижают аэрацию.

Создание оптимальной модели плодородия пахотного слоя по­зволяет оптимизировать почвенные режимы и повысить урожай­ность культур. Моделирование гомогенного и гетерогенного состо­яния пахотного слоя дерново-подзолистой почвы разной мощности (20, 30 и 40 см) показало, что кукуруза, картофель и другие полевые культуры положительно реагируют на гетерогенное строение, при котором в верхнем слое (0—20 см) за счет внесения удобрений и из­вести достигается более высокая степень оптимизации агрофизи­ческих и агрохимических свойств.

Прибавка урожая полевых культур при гетерогенном строении пахотного слоя с внесением высоких доз удобрений в слой 0—20 см за 15 лет повысилась с 3,8 до 9,7 тыс. корм. ед. на 1 га по сравнению с неудобренным фоном, а при гомогенном строении — с 3,4 до 8,9 тыс. корм. ед. на 1 га (табл. 31). Сбор кормовых единиц при вне­сении удобрений в слой 0—40 см снизился на 10,8 %. Это свидетель­ствует о том, что смешивание пахотного слоя с почвой элювиально­го горизонта с низким естественным плодородием не позволяет восстановить плодородие почвы до исходного уровня даже за 15-летний период.

Структурный состав, содержание водопрочных агрегатов харак­теризуют сложение почвы, устойчивость ее против эрозии и уплот­нения, оптимизируют почвенные режимы и определяют продук­тивность культур. Оптимальное содержание водопрочной макро­структуры (агрегаты размером 0,25—10мм и более) для дерново-подзолистых и серых лесных почв составляет 30—45 %, для черноземных почв — 45—60 %. При такой оструктуренности почва длительное время сохраняет устойчивое сложение, приданное ей обработкой. Структурная почва теряет положительные качества при увеличении количества пыли (частицы размером менее 0,25 мм) до 30-40%.

Верхний (0—10 см) слой почвы пахотного слоя более гумусирован и лучше оструктурен по сравнению с нижним (10—20 см). Здесь быстрее идет восстановление структуры почвы за счет накопления растительных и корневых остатков, вносимых удобрений. Обора­чивание почвы при вспашке способствует оструктуриванию и ниж­ней части пахотного слоя.

Требования культур к степени крошения почвы определяют с учетом гранулометрического состава, оструктуренности почвы, ув­лажненности зоны, биологических особенностей культуры и про­явления эрозии. Например, для зерновых колосовых культур Не­черноземья степень крошения (доля комков диаметром 0,25— 30 мм) дерново-подзолистых и серых лесньх почв пахотного слоя должна быть не менее 80 %, а глыбистость поверхностного слоя по­чвы—до 20%.

Применение тяжелых почвообрабатывающих машин и транс­портных средств приводит к сильному уплотнению почвы (до 1,35— 1,55 г/см³), ухудшению физико-механические свойств и снижению, например, всхожести семян озимой пшеницу с 81,1 до 60,7 %. Это вызывает необходимость глубокого рыхления с помощью безот­вальных, чизельных орудий, плугов-глубокорыхлителей и других приспособлений, которые служат эффективным средством разуп­лотнения почвы как пахотного, так и подпахотного слоев и улучше­ния воздухо- и водопроницаемости почвы.

Значительное влияние на рост корневых Систем и проникновение корней в почву оказывает механическое сопротивление — твердость почвы. Сильное уплотнение почвы при высушивании и повышение при этом твердости выше критических значений (более 10 кг/см² для зерновых культур) снижают рост корней и увеличива­ют затраты энергии растений на преодоление сопротивления по­чвы. Благодаря обработке, глубокому рыхлению облегчаются про­никновение корней в глубокие слои почвы и поглощение ими воды, питательных веществ. Это особенно важно для формирования пол­ноценных корнеплодов у сахарной свеклы, моркови, клубней у кар­тофеля.

Обработка почвы в системах ландшафтного земледелия должна иметь почвозащитную и энергосберегающую направленность. На склоновых землях, подверженных водной эрозии, почвозащитные технологии обработки разрабатывают на основе специальных при­емов глубокого безотвального рыхления, чизелевания, щелевания, прерывистого бороздования, а также контурной вспашки с подел­кой гребней, лунок и др. Эти приемы позволяют снизить в 2—2,5 раза сток талых вод, а смыв почвы уменьшить в 2,5—11 раз. При этом эффективность минеральных удобрений повышается на 10— 12 %, урожайность зерновых культур — на 0,15—0,2 т/га.

В севооборотах агроландшафтов степной и лесостепной зон, подверженных ветровой эрозии, система почвозащитной обработ­ки базируется на мульчирующей, полосной и других минимальных обработках с применением рыхлящих, но не оборачивающих пласт рабочих органов орудий (плоскорезов, параплау, чизелей, стоек СибИМЭ, сеялок прямого посева), сохраняющих пожнивные ос­татки на поверхности почвы.