Спецвозможности
Технологии

Оптимальная плотность почвы — важная составляющая успеха

26.01.2022
2286
Оптимальная плотность почвы — важная составляющая успеха фото, иллюстрация

Остановимся только на двух показателях, которые часто остаются без внимания агрономов в условиях аграрного производства, а именно — равновесная плотность почвы и ее твердость. Иронический читатель может возразить: зачем агроному-практику вести разговор о всяких теоретических показателях характеристики почв? Есть конкретное поле, выбрана конкретная запланированная к посевну культура, например кукуруза. Вот, мол, и ведите профессиональный разговор о том, как получить 18–20 т/га зерна кукурузы, и желательно, чтобы это было реализовано каждый год.

 

Ну что же, можно пойти по такому пути. Какие параметры следует учесть аграрию для получения такого уровня урожайности посевов? В первую очередь, соответствие конкретной почвенно-климатической зоны для размещения посевов кукурузы с желаемым показателем ФАО гибрида и возможностями формирования такого уровня биологической продуктивности растений. Ладно, подобрали соответствующий гибрид, закупили семена и имеем их в хозяйстве. Что еще нужно для достижения успеха? Поток солнечной лучевой энергии (ФАР), наличие в приземном слое воздуха молекул углекислого газа (СО2), достаточная сумма осадков в течение календарного года.

В частности, на наличие нужного для формирования урожая кукурузы запаса соединений минерального питания растений культуры влиять мы вполне способны, поэтому заранее позаботимся об их соответствующем объеме в почве. Еще учтем объемы доступных соединений, уже имеющихся в пахотном слое, запланируем дополнительно объемы внесения питательности в форме удобрений с учетом коэффициентов их использования растениями. Далее уже произведем расчеты потребности в пестицидах, соответствующих сельхозмашинах и объемах средств, необходимых для воплощения урожайных планов. На практике, в условиях производства, последовательность расчетов будет близка к приведенной общей схеме.

И вот прошел вегетационный период. Год был благоприятный, все на поле было сделано согласно собственным расчетам, а запланированных показателей уровня урожайности посевов кукурузы не получили. Что же было не так? Фон минерального питания был достаточным, влага также была, гибрид выбрали продуктивный, посеяли вовремя, всходы получили дружные, провели своевременную и надежную защиту от сорняков, болезней и вредителей, уборку урожая выполнили качественно.

Почему же тогда не получили запланированные и теоретически реальные показатели урожайности? Что не учли? В организационной плоскости технологии выращивания, кажется, все исполнено было корректно. А в агрономической и физиологической? Мы все посчитали, не считая главного компонента успеха – особенностей морфологии растений кукурузы.
 
Не следует забывать, что агроном работает прежде всего с живыми биологическими системами — растениями. Попробуем мысленно спросить у растений кукурузы, все ли условия среды в процессе вегетации в посевах были для них оптимальными? Конечно, нет. На погодные факторы, как и другие энергетические показатели, мы влиять не имеем возможности. Поэтому рассмотрим только те, которые имели возможность корректировать.
 
Возвращаемся к специфике условий вегетации растений в почве. Кто из агрономов обращает внимание в описании почв хозяйства на показатель равновесной плотности пахотного слоя на конкретном поле? К сожалению, далеко не все. Большинство агрономов, прежде всего, обращает внимание на объемы доступных соединений азота, фосфора и обменного калия на таком поле. Да, безусловно, это показатели важны.
 
Однако вернемся к равновесной плотности почвы. Этот показатель специфичен, потому что почва всегда возвращается к естественному состоянию своей плотности. Распушенный вспашкой или культивацией, пахотный слой постепенно уплотнится сам до своих природных параметров, а после прохождения колес сельхозтехники слой почвы становится переуплотненным.

К сожалению, для таких естественных процессов оптимизации плотности почвы требуется время, иногда такое восстановление длится до шести-семи лет. Поскольку в реальной жизни аграрии не позволяют пахотным землям естественным образом восстанавливать свое здоровое состояние, то как побочный эффект агродеятельности мы получаем на них переуплотнение почвы, хорошо известное всем как «плужная подошва». О том, что она вредна, знают все. Но это знание еще не означает, что ее регулярно разрушают.

Закономерно возникает вопрос: так что должен делать агроном на полях, которые имеют более высокие показатели равновесной плотности, чем этого требуют растения кукурузы для своего нормального роста?

Прежде всего о таком несоответствии нужно знать, а дальше планировать меры по его уменьшению, а еще лучше полному нивелированию. В распоряжении агронома имеется целый набор агротехнических приёмов для временного снижения показателей чрезмерной равновесной плотности пахотного слоя. Первоочередно – это проведение вспашки. Временно снижает показатели равновесной плотности и применение плоскореза и проведение чизелирования.
 
Агрономам известны также приемы длительного снижения показателей равновесной плотности пахотного слоя почвы. Уровень равновесной плотности прежде всего зависит от двух показателей: особенностей материнской почвообразующей породы и уровня имеющегося в почве гумуса. Как известно, подавляющее большинство площадей пахотных земель в нашей стране сформировано на лессовидных суглинках и на лессе. Однако есть и пахотные земли на материнской породе из глины, песка, карбонатов и других форм.

Говорить агрономам о роли гумуса в формировании агрономически ценных параметров почвы нет необходимости – они общеизвестны. Однако имеющийся гумус и собственно его количество способны существенно улучшать показатели равновесной плотности почвы. В результате увеличения количества имеющихся соединений органического углерода (С) на 0,1% равновесная плотность почвы снижается на 0,01 г/см3. Такой положительный эффект к тому же продолжителен. То есть, регулярное применение органических удобрений на полях не только стимулирует почвообразующие процессы в пахотном слое и повышает содержание в нем гумуса, но и проявляет весомый положительный побочный эффект: оптимизирует показатели равновесной плотности пахотного слоя и обеспечивает его соответствие физиологическим потребностям растений в процессе их вегетации. Если приемы основной обработки почвы обеспечивают положительное снижение таких показателей в течение 50-200 суток, то повышение содержания гумуса в пахотном слое оказывает положительное влияние на протяжении многих лет.

Разные виды агрокультур проявляют требования к показателям равновесной плотности почвы неодинаково. Если растения пшеницы, ячменя, ржи успешно растут и развиваются в диапазоне этого показателя на уровне 1,2–1,3 г/см3, то такие виды, как кукуруза, горох, соя, нуждаются в показателях плотности почвы в пределах 1,2–1,25 г/см3. Для большинства видов культур оптимальные показатели плотности почвы не превышают 1,25 г/см3. А как будут формировать урожай посевы на почвах с большими показателями плотности? На отличия от оптимальных параметров почвенных условий они отвечают снижением уровня своей биологической продуктивности.
 
В модельных исследованиях влияния показателей плотности почвы на уровень урожайности растений кукурузы установлено, что повышение показателей плотности пахотного слоя от 1,22 до 1,34 г/см3 снижало уровень урожайности зерна кукурузы до 40%. Вот такая реакция растений на отклонение от хороших условий вегетации!
 
Почему растениям кукурузы из-за повышения показателей равновесной плотности почвы сверх оптимальных становится некомфортно?
 
Ведь наличие света, тепла, влаги, запаса минерального питания и комплексная защита от вредных организмов у них одинаковы, как и семена того же гибрида.

Попробуем разобраться в сути проблемы вместе. Повышенная плотность почвы затрудняет процессы роста и развития корневой системы растений кукурузы. Растения должны тратить больше энергии на обеспечение процессов роста своих корней и преодоления сопротивления частиц почвы. Однако это еще не главная проблема растений культуры. Повышение показателей плотности почвы сверх оптимального для культуры уровня — это, прежде всего, ухудшение режима минерального питания растений. Кажется, какие здесь могут быть проблемы, ведь фон питания для всех растений одинаков. Да, в почве есть запас минеральных соединений и влаги. Однако процесс их усвоения растениями при разной плотности почвы существенно отличается. Напомним известные факты. Растения способны усваивать своими корневыми волосками минеральные вещества только при условии, что последние находятся в растворенном состоянии.

На первый взгляд, какая разница, по какому пути будут поступать в растение соединения минерального питания? Однако разница есть, и она достаточно существенна. Клетки корневых волосков не способны выполнять процессы фотосинтеза. Это принципиальная функция только надземных частей растений. Синтезированные зелеными частями растения углеводы поступают по проводящей системе флоэмы в подземные части, в том числе и к клеткам корневых волосков. В энергетических центрах клеток (митохондриях) молекулы глюкозы в процессе их последовательного окисления освобождают имеющуюся у них энергию химических соединений. Именно она будет использована для формирования молекул АТФ — универсального соединения, обеспечивающего энергией большинство биохимических процессов, происходящих в клетках.

Именно в результате расхода энергии макроэнергетических соединений молекул АТФ и происходит активный мембранный перенос в цитоплазму корневых волосков анионов из почвенного раствора. Для окисления молекул глюкозы в митохондриях требуется свободный кислород (О2) (процессы дыхания), поступающий в цитоплазму корневых волосков из почвенного воздуха. Высокая плотность пахотного слоя почвы ограничивает процессы аэрации (обмена почвенного воздуха с атмосферным) и соответственно последующего поступления свободного кислорода (О2) в клетки корневых волосков в почве. При дефиците кислорода в воздухе, содержащемся в пахотном слое и, соответственно, в цитоплазме корневых волосков уменьшается интенсивность процессов дыхания, а, следовательно, и возможность формирования нужного количества молекул АТФ, и уменьшается объем усвоения анионов (особенно соединений фосфора) из почвенного раствора.

О роли соединений фосфора в физиологических процессах растений все агрономы хорошо знают. То есть, даже при наличии достаточного количества доступных соединений фосфора в почве это еще далеко не означает, что в пахотном слое, имеющем повышенные показатели плотности, они будут успешно усвоены растениями в нужных для нормального хода физиологических процессов объемах. Подобные усложнения условий усвоения анионов в пахотном слое почвы в процессе вегетации негативно влияют на уровень биологической продуктивности растений культуры, а, следовательно, и на показатели урожайности посевов.

Агроном вынужден в своей деятельности прислушиваться к точке зрения экономистов и их желанию иметь рациональные затраты в процессе выращивания посевов. Однако в основе успеха работы на пахотных землях должна быть не столько экономия собственно затрат, сколько высокая эффективность капиталовложений. Так вот, эти самые показатели эффективности капиталовложений прежде всего зависят от оптимальности условий вегетации посевов. Даже использование продуктивных гибридов и внесенные эффективные удобрения не всегда способны оказать запланированное положительное влияние на посевы.

В то же время, показатели равновесной плотности почвы пахотных земель не исчерпывают всех вопросов, которые возникают перед агрономом-практиком в процессе работы на полях. Близким, однако не тождественным понятию плотности является показатель жесткости пахотного слоя.
 
Современные технические с.-х. комплексы отличаются высокой надежностью и внушительной производительностью в работе. Они мощные, имеют широкий рабочий захват. Однако все эти агрегаты смонтированы на колесном ходу разных конструкций и способны оказывать значительное удельное давление на почву. Почва — биокосное тело, то есть полуживой природный комплекс, состоящий из материнской почвообразующей породы, органического вещества (гумуса) и комплекса живых организмов. Это целый специфический мир живого и неодушевленного во всей сложности биологических, физических, биохимических и энергетических взаимосвязей его компонентов.

Результаты научных исследований доказывают, что без существенного ущерба для сухой и спелой почвы она успешно выдерживает механические нагрузки, не превышающие 0,6 кг/см2. Это своеобразный верхний предел безопасных физических (механических) нагрузок на пахотные земли. Современные комплексы сельхозмашин часто оказывают удельное давление на почву от 1,6 до 2,6 кг/см2. В результате такого механического воздействия колес происходит значительное переуплотнение пахотного слоя почвы. Интенсивнее всего формируется почвенная плужная подошва весной, с началом проведения полевых работ. Верхний слой почвы на полях уже созрел и восстановил структуру, а нижние горизонты пахотного слоя еще остаются переувлажненными и очень чувствительными к механическим нагрузкам колесами машин.

Что получаем в результате? Деформация почвы в колее современных мощных тракторов проявляется в диапазоне от 0,7 до 1,3 м глубины. Остаточная механическая деформация пахотного слоя от предыдущих сельскохозяйственных производственных сезонов в последующие годы проявляется в форме образовавшейся плужной подошвы. Твердость такого переуплотненного слоя на глубине 25-40 см часто выходит за рамки приемлемого показателя и составляет от 35,1 до 42,6 кг/см2.
 
Это созданный человеком как побочный результат хозяйственной деятельности мощный механический барьер на пути проникновения в почву воздуха и осадков, препятствие для нормального роста и развития корневых систем культурных растений. Для разрушения плужной подошвы наиболее эффективно периодически применять чизелирование на глубину до 40 см.
 
Показатели жесткости пахотного слоя почвы зависят от взаимодействия и сочетания многих факторов. И в первую очередь – от специфики материнской породы, содержания гумуса, уровня структурированности почвы, наличия влаги, а также содержания в пахотном слое соединений натрия (Na).
 
Для успешной вегетации посевов большинства агрокультур желательно, чтобы твердость пахотного слоя почвы не выходила за пределы 11,5–22,5 кг/см2. Реальное превышение верхних величин существенно усложняет условия вегетации и приводит к снижению уровня биологической производительности культур.

То есть, показатели жесткости почвы способны колебаться в широких пределах. Ситуацию усложняет также отсутствие развитого растительного покрова на пахотных землях. В условиях жесткой засухи под действием прямых солнечных лучей верхний слой почвы нагревается в полдень до 60-71°С и пересыхает настолько, что становится очень твердым и разрывается глубокими трещинами. На участках с развитой природной растительностью таких явлений нет. Чрезмерное пересыхание верхнего слоя почвы и формирование очень высокого уровня твердости является следствием значительных процессов минерализации (снижение содержания гумуса в пахотном слое) и незащищенности поверхности почвы растениями или их остатками. В таком случае поле превращается в территорию, приближающуюся по своим характеристикам к пустынному такыру.

Вегетация зеленых растений при повышенной твердости пахотного слоя почвы очень осложнена целым комплексом стрессовых проявлений. Это и высокая температура, и дефицит влаги, и ограниченная аэрация пахотного слоя и корневой системы, и ограничение объемов усвоения минерального питания, и чрезмерное осмотическое давление имеющегося почвенного раствора. Как реализовать высокий биологический потенциал, заложенный в семенах, при таких сложных условиях вегетации посевов?
 
Показатели жесткости пахотного слоя на полях существенно зависят и от фактора наличия в посеве сорняков. Нет необходимости останавливаться на объяснении негативного влияния сорняков на растения культуры в процессе их совместной вегетации на поле. Они общеизвестны. Однако об определенной специфике использования влаги растениями диких видов все же целесообразно напомнить.
 
Большинство видов сорняков отличаются высокими транспирационными коэффициентами использования воды в процессе вегетации. Например, такой массовый и довольно надоедливый сорняк, как ежовник обыкновенный, имеет транспирационный коэффициент 470-500, паслен черный - 480-520, амарант запрокинутый - 560-590, марь белая - 600-630, спорыш отклоненный - 635 –660, амброзия полынолистая — 840– 980. Сравните эти показатели с транспирационных коэффициентами культурных видов растений, и вы почувствуете разницу.
 
Интенсивнее всего растения большинства видов сорняков поглощают воду из почвы в первой половине вегетационного периода. Установлено, что до второй половины июня без проведения необходимой защиты широкорядных посевов (подсолнечник, кукуруза, соя, свекла сахарная) от сорняков последние способны поглотить до 120 мм и более доступной влаги. То есть, это почти объем стратегического запаса влаги, который земледельцы располагают в начале вегетационного периода в метровом слое почвы.
 
Поэтому обеспечение своевременной и качественной защиты посевов от сорняков - это не прямой, однако действенный способ сохранения влаги в пахотном слое почвы и предотвращение его пересушивания и формирования высокой твердости.
 
После краткого обзора проблем, возникающих в результате наличия или в процессе формирования высоких показателей равновесной плотности и твердости пахотного слоя почвы на пахотных землях, требуется соответствующее конструктивное обобщение: какие меры должны быть приняты в практической плоскости, чтобы избегать таких нежелательных проявлений?

Прежде всего агроному следует всегда помнить о специфике показателей равновесной плотности пахотного слоя на полях, где он высевает агрокультуры, и соответственно корректировать технологии их выращивания. На полях, имеющих равновесную плотность свыше 1,25 г/см3, нецелесообразно планировать или внедрять системы основной обработки, не предусматривающие рыхления пахотного слоя почвы (ноу-тилл, стрип-тилл), т. е. нулевую обработку почвы. Пахотные земли, имеющие повышенные показатели равновесной плотности пахотного слоя, требуют регулярного активного снижения почвенного переуплотнения путем применения вспашки, использования плоскореза, чизеля. Такое временное снижение высокой плотности пахотного слоя будет способствовать реализации продуктивного потенциала посевов агрокультур.

Формирование плужной подошвы на пахотных землях требует регулярного ее разрушения, что положительно влияет на условия вегетации корневых систем посевов и позволяет полнее и эффективнее использовать капиталовложения в технологии выращивания агропосевов. Во избежание формирования высокой твердости пахотного слоя почвы и индуцирования стрессов у культурных растений в процессе их вегетации пахотные земли требуют применения мер по накоплению запасов влаги и снижению непродуктивных потерь влаги из почвы. Этот комплекс мероприятий должен включать: формирование развитой растительности на пахотных землях, использование растительной мульчи на поверхности почвы, снижение скорости потока воздуха над поверхностью почвы путем внедрения ветрозащитных кулис, контурного посева, формирования лесонасаждений.

Максимального внимания требуют вопросы сохранения и наращивания содержимого гумуса в пахотном слое почвы​.

Именно наличие достаточного количества гумуса способно снижать показатели равновесной плотности почвы на длительный период, оптимизировать показатели структуры и твердости пахотного слоя, удерживать влагу, улучшать водопроницаемость и аэрацию почвы, оптимизировать условия жизни корневых растительных систем и обеспечивать более полную реализацию..

Высокое содержание гумуса в пахотном слое существенно снижает чувствительность посевов к неблагоприятным погодным условиям в процессе вегетации посевов, в частности, к периодической засухе, неравномерному выпадению осадков, высоким температурам и т. д. Комплекс проблем, с которыми сталкивается агроном-производитель в процессе своей работы на пахотных землях, обычно значительно шире и не ограничивается влиянием на эффективность деятельности только факторов, которые мы рассмотрели выше, а именно равновесной плотности и твердости почвы.

Есть факторы, объективные и императивные. Мы не можем их отменить своим желанием, однако можем, учитывая их действие, существенно изменять и ощутимо улучшать ситуацию на пахотных землях. Такая работа способна существенно повысить эффективность капиталовложений в технологии выращивания агрокультур и, соответственно, положительно отразиться на показателях уровня урожайности. Безусловно, уровень профессионального мастерства — важный ключ к успеху работы на пахотных землях.

 

О. Иващенко, действительный член НААН, Институт биоэнергетических культур и сахарной свеклы НААН

О. Иващенко, д-р с.-г. наук, старш. научн. сотрудник, Институт защиты растений НААН

Журнал «Пропозиція», №9, 2020 г.

Интервью
Валентина Потапова
Сегодня группа компаний «Штефес» хорошо известна в Украине. Средства защиты растений, производимые и реализуемые «Штефес», позволили тысячам украинских аграриев сохранить и собрать миллионные урожаи, приумножить свое состояние.... Подробнее
Уже по крайней мере более века украинские почвы неуклонно теряют гумус, а значит, плодородие. Кое-где этот процесс приобрел катастрофические масштабы. Логика подсказывает единственный выход: вносить все большие нормы минудобрений. Однако... Подробнее

1
0