Регулирование и оптимизация агрофизических свойств почвы

Технологические мероприятия (переворачивание, перемешивание, измельчение, рыхление, выравнивание, уплотнение, подрезание сорняков, образование гребней) являются следствием процесса обработки почвы.

Согласно действующему Национальному стандарту Украины «Общее земледелие. Термины и определения» термин «рыхление почвы» (Looscening of soil) предусматривает изменение взаимного расположения агрегатов с увеличением объема почвы. Чем проводить рыхление и каким оно должно быть, зависит от почвенных свойств, особенностей технологий в хозяйстве и задач, которые необходимо выполнить. Рыхление может быть мелким или вообще незначительным, когда речь идет о новой (противоэрозийной) нулевой технологии - с прямым посевом без механического воздействия на почву. Если же основной задачей является разрыхление почвы и разрушение плужной подошвы, то однозначно - это будет глубокое рыхление или вообще нарезка щелей для регулирования водного режима почвы и формирование благоприятного пахотного слоя для накопления и хранения воды в осенне-зимний или весенне-летний периоды.

Современный уровень развития агроформирований, для которых характерны севообороты с короткой ротацией, насыщение их высоколиквидными культурами зернового направления, дефицит органических удобрений с заменой их побочной продукцией культур для поддержания благоприятного баланса органического вещества в почве - все это привело к нарушениям классических севооборотов и систем почвообработки в них. Совершенствование системы основной обработки почвы направляется на оптимизацию агрофизических свойств, уменьшение расходов продуктивной влаги и питательных веществ, защиту почв от водной и ветровой эрозии.

Водный режим почвы, состоящий из поступления, перераспределения, накопления и испарения влаги, зависит от агрофизических свойств профиля. Среди основных задач обработки - изменение строения, формирования оптимального структурно-агрегатного состояния почвы, которые, в свою очередь, должны обеспечивать формирование благоприятных водно-воздушного, теплового и питательного режимов, усиление кругооборота питательных веществ путем заделки и перемешивания в почве растительных остатков и удобрений, то есть интенсификацию микробиологических процессов.

Следует отметить, что для получения устойчивых урожаев и реализации производительности сорта или гибрида определенной агрокультуры нужно постоянно проводить мониторинг агрофизических свойств почвы и регулировать сопутствующие факторы реализации потенциала. Рассматривая агрофизическую часть почвы, стоит обратить внимание на современные, достаточно удобные в пользовании, приборы - пенетрометры (Datafield GPS, Wile Soil и ЛАНМ, которые согласованы со стандартом ASAE S313.3). С их помощью в сжатые сроки можно оценить те или иные изменения в почве и нанести данные графически на карту конкретного поля хозяйства.

Для установления эффективности способов основной обработки в качестве меры регулирования агрофизических свойств ученые проводили ряд исследований, сосредоточенных в длительном стационарном опыте отдела обработки и борьбы с сорняками ННЦ «Институт земледелия НААН». Почва опытного поля - серая лесная крупнопылевато-легкосуглинковая. Способы обработки: разноглубинная вспашка на 28-30 см (контроль), плоскорезное рыхление на 28-30 см, чизельные рыхление на 43-45 см и дискование на 10–12 см.

Установлено, что закономерности изменения плотности (процесса разуплотнения) почвы связаны со способом и глубиной основной обработки, принципом действия рабочих органов и количеством побочной продукции предшественника, которую заделывают в почву. При безотвальных способах обработки основная масса побочной продукции предшественника размещается в верхнем, 0-10 см, слое почвы, тогда как при отвальных, в частности, вспашке, - она ​​локализуется в слое 20-30 см. При вспашки создается более гомогенная среда с насыщением биомассой культур обрабатываемого пахотного слоя по сравнению с безотвальной обработкой, что приводит к формированию более рыхлого верхнего слоя (0-10 см) и уплотненного нижнего слоя в пределах 10–30 см.

В среднем за севооборот в почву с побочной продукцией и корневыми остатками поступало 10,2 т/га. В частности, под кукурузу при отвальной и дифференцированной системах обработки в почву заделывали 6,03 т/га соломы пшеницы озимой, тогда как при одноглубинной дисковой она была на 8% меньше. Количество побочной продукции после культур короткоротационного зернового севооборота было разным: например, после кукурузы поступало 12,36 т/га, или 49%, пшеницы - 5,8 т/га, или 23%, ячменя - 4,76 т/га, или 19%, и сои - 2,41 т/га, или 9%, общего объема за севооборот (рис. 1). Соответственно, наибольшее количество биомассы запахивали в почву после кукурузы, где нетоварная часть урожая вместе с корневыми остатками составила 18,9 т/га, что на 9 т больше количества биомассы, которая оставалась после пшеницы озимой.

Вклад бобовой культуры - сои в поступление органической массы был маленьким: ее стеблей и корневых остатков в поле оставалось 3,86-4,27 т/га, что составляло 9% общей массы побочной продукции. Поступление органической массы после культур короткоротационного севооборота можно разместить в порядке уменьшения следующим образом: кукуруза на зерно (49%) - пшеница озимая (23%) - ячмень яровой (19%) — соя (9%).

На формирование агрофизического состояния почвы существенно влияла заделка побочной продукции культур севооборота, выполняющая роль «каркаса» и дренажа, особенно на бесструктурных почвах, которые сильно заплывают. Для таких почв характерной особенностью являются существенные изменения исходных параметров физических свойств. В среднем по севообороту при разноглубинной отвальной (на 10-28 см) и дифференцированной (на 10-45 см) системах землеобработки в почву поступало одинаковое количество побочной продукции - 6,53-6,68 т/га, или на 7 и 10% больше, чем при разноглубинной плоскорезной - на 10-30 см и одноглубинной дисковой - на 10-12 см системах основной обработки. При вспашке наблюдалось равномерное по сравнению с плоскорезным рыхлением и дискованием, распределение остатков предшественника по профилю почвенного слоя 0-30 см. Наименьшее количество остатков (27%) локализовалась в слое 0-10 см. Причем плотность почвы в слое 0-10 см была выше на 0,08-0,11 г/см³ по сравнению с аналогичным значением при дисковании и чизельной обработке, тогда как в слое 10-30 см - была ниже на 0,03–0,05 г/см³ (рис. 2).

При безотвальных обработках основная масса остатков предшественника (50-72%) локализовалась в слое 0-10 см, тогда как в слое 10-30 см она была 28-50%. Соответственно, плотность слоя почвы 0-10 см составляла 1,21-1,24 г/см³. В слое 10-30 см при количестве остатков предшественника 1,03 и 0,62 т/га произошло значительное уплотнение почвы на время уборки урожая - до 1,48 и 1,51 г/см³. При длительных безотвальных обработках слой почвы 0-30 см существенно дифференцировался по основным агрофизическими показателям почвы на верхний рыхлый слой 0-10 см с плотностью сложения 1,3-1,33 г/см³ и твердостью 6,0-6,5 кгс/см² и уплотненный нижний (10-30 см) с соответствующими показателями - 1,48-1,54 г/см³ и 11,6- 13,2 кгс/см². При вспашке и чизельном рыхлении слой 0-30 см характеризовался гомогенной физической средой с параметрами 1,4-1,44 г/см³ и 8,8-9,3 кгс/см² соответственно.

Низкий уровень поступления побочной продукции сои под пшеницу, в среднем на фоне основной обработки - 1,24 т/га, обусловил повышение плотности сложения почвы до 1,46 г/см³. Побочная продукция, которую заделывали в следующий посев кукурузы, была в 4,5 раза меньше количества, которое заделывали под пшеницу. Соответственно, плотность сложения почвы в поле кукурузы, под которую заделывали 5,5-6 т/га соломы пшеницы озимой, была в пределах 1,37- 1,4 г/см³. В поле ячменя ярового, под который заделывали побочную продукцию кукурузы - 10 т/га, плотность сложения почвы была самой низкой среди культур в севообороте - 1,32 г/см³ (рис. 3). Таким образом, установлена тесная зависимость плотности серой лесной почвы от количества и послойной локализации послеуборочных остатков культур севооборота в профиле обрабатываемого слоя. В любом случае это влияние было не меньшим, чем от глубины и способа основной обработки почвы.

Твердость является одним из основных показателей, по которым характеризуют физическое состояние почвы, оценивают среду, в которой растет и развивается растение. Формирование показателей твердости почвы на уровне 35-40 кгс/см², что является одним из признаков наличия плужной подошвы, резко замедляет проникновение корней в нижние слои, а иногда и вообще препятствует этому. Исследованиями установлено, что при плоскоризной и чизельной обработках твердость почвы в 0-10-сантиметровом слое была самой низкой - 2,2 кгс/см², что было обусловлено особенностью безотвальных обработок - перемешиванием верхнего слоя почвы с остатками предшественника (пшеница озимая).

Это существенно снижало заплывание почвы после дождей, особенно ливневых, которые довольно часто выпадали после посева кукурузы. При вспашке твердость почвы в слое 0-10 см, где локализовалось 27% остатков предшественника, была выше на 1,9 кгс/см² по сравнению с безотвальной обработкой. В слое почвы 10-30 см твердость почвы при безотвальных обработках и вспашке не превышала оптимальных значений (5-8 кгс/см²) и составила 3,5 кгс/см², тогда как при дисковании она была выше контроля на 2,2 кгс/см² (рис. 4).

Расчеты, проведенные в ходе исследований, свидетельствуют о разном влиянии систем основной обработки почвы на агрофизические свойства, продуктивность культур и севооборота в целом. В короткоротационном зерновом севообороте на серой лесной почве при использовании побочной продукции на удобрение при дифференцированной системе основной обработки почвы формировались благоприятные водно-физические свойства и питательный режим почвы. Это обеспечило формирование производительности на уровне 5,3 зерновых и 6,4 т/га кормовых единиц. При плоскорезном рыхлении и дисковании производительность культур была ниже, чем при отвальной системе, на 6-7%. В целом, доля участия кукурузы в формировании продуктивности короткоротационного зернового севооборота составляла 41% общей производительности севооборота, что выше, чем продуктивность растений сои, пшеницы и ячменя, на 14, 15 и 19% соответственно.

В результате исследований получено новое понимание оптимального профиля пахотного слоя, в котором минимальное влияние на производительность кукурузы имеет рыхление верхнего слоя почвы, 0-10 см, при проведении безотвальной обработки и существенно положительно влияет на снижение плотности почвенного сложения в слоях почвы 10-20 и 20-30 см при распашке и чизельном рыхлении. За вегетационный период наблюдается динамичность показателя равновесной плотности серой лесной крупнопылевато-легкосуглинковой почвы, которая в полях севооборота определяется массой побочной продукции, которую заделывают в поле предшественника, ее локализацией по профилю слоя обрабатываемой при различных систем основной обработки почвы.

Н. Борис, канд. с-х. наук, старш. научн. сотрудник отдела агропочвоведения и почвенной микробиологии, ННЦ «Институт земледелия НААН»

Журнал «Пропозиція», №11, 2019 р.