ТЕОРЕТИЧЕСКОЕ ОБОСНОВАНИЕ ОПТИМАЛЬНОЙ МОДЕЛИ ОБРАБАТЫВАЕМОГО СЛОЯ ПОЧВЫ В ПОЧВЕННО-КЛИМАТИЧЕСКИХ УСЛОВИЯХ ЮГО-ВОСТОКА ЦЧЗ

Выбор оптимального способа обработки почвы сложнейший вопрос, обусловленный как почвенно- климатическими и погодными условиями, так и неодинаковой требовательностью разных растений к строению корнеобитаемого слоя и условиям произрастания.

Всю историю развития земледелия постоянно идет поиск создания наиболее благоприятного строения корнеобитаемого слоя для возделывания культур по глубине и формированию. Учитывая, что от обработки почвы зависят ее плодородие, урожайность и экология производства продукции растениеводства, энерго- и трудозатраты проблема ее совершенствования и оптимизации, безусловно, относится к числу особо актуальных.

Накопленный экспериментальный материал и изучение вопроса  по фондам научной литературы свидетельствует, что даже в пределах одной зоны практику не удовлетворяют имеющиеся и внедряемые варианты технологии обработки почвы полей (Шикула Н.К., Назаренко Г.В., 1990; Сдобников С.С., 1994; Картамышев Н.И., 1996; Зинченко С.И., 2006).

Более детальная разработка практических рекомендаций может быть успешно решена лишь при всесторонней разработке теоретических основ (Сдобников С.С., 1994). Поэтому особое значение здесь приобретают исследования теоретического плана, раскрывающие суть, направление и взаимозависимость процессов формирующих плодородие почвы.

Оптимизация условий формирования почвенного плодородия под воздействием приемов механической обработки почвы достигается за счет выполнения различных технологических операций, наиболее важными из которых являются: крошение, оборачивание и перемешивание слоев.

Для теоретического обоснования и  разработки модели  оптимального строения обрабатываемого– корнеобитаемого слоя для почвенно-климатических условий юго-востока ЦЧЗ нами были проведены исследования в модельных микрополевых опытах, в которых идентифицировались и изучались основные операции, происходящие при механической обработке почвы. От выполнения которых зависит плодородие корнеобитаемого слоя в период вегетации возделываемых культур. В первом опыте изучали влияние степени крошения обрабатываемого слоя на плодородие почвы и продуктивность ячменя. Схема опыта представлена в таблице 1. Во втором опыте изучали изменение плодородия почвы при различной компоновке и смешивании прослоек обрабатываемого слоя. Схема опыта представлена в Табл.4. Исследования проводили на черноземе обыкновенном. Размер учетной делянки 1м х 1м = 1 м2.

Исследованиями по изучению изменения основных агрофизических показателей плодородия черноземных почв в зависимости от степени крошения обрабатываемого слоя было установлено (Табл.1), что крупноглыбистое крошение обрабатываемого слоя 0-21 см до почвенных глыб размером более 7 см в диаметре приводило к увеличению плотности сложения почвы в период вегетации полевых культур. Плотность сложения слоя почвы на этом варианте в период кущения ячменя составила 0,94 г/см3, в период колошения - 0,96 г/см3.

Увеличение степени крошения пахотного горизонта, формирование его преимущественно из почвенных частиц размером 5-2 см в диаметре способствовало снижению плотности сложения обрабатываемого слоя в течение вегетационного периода. Плотность сложения слоя почвы 0-21 см на этом варианте в начале вегетационного периода – в фазу кущения ячменя составила 0,92 г/см3, в середине вегетационного периода – в период колошения - 0,94 г/см3. Дальнейшее увеличение степени крошения обрабатываемого слоя, формирование его из почвенных частиц 2см в диаметре и меньше, не приводило к дальнейшему снижению плотности сложения пахотного горизонта в период вегетации и способствовало более быстрому уплотнению слоя до равновесной плотности (Табл.1).

Таблица 1 Плотность сложения почвы при различной степени крошения обрабатываемого слоя в период вегетации ячменя, г/см3, (1999-2001 гг.)

Нарастание плотности сложения от фазы кущения к фазе колошения и созревания ячменя по вариантам составило: при крупноглыбистом крошении - 2,1%, 8,5%, при крошении обрабатываемого слоя преимущественно до почвенных отдельностей 5-2 см в диаметре - 2,2% и 6,5%, при мелкокомковатом крошении - 3,3% и 8,7%, то есть при формировании обрабатываемого слоя из почвенных частиц 5-2 см в диаметре обрабатываемый слой более устойчив к самоуплотнению.

Тоже самое прослеживается и при изменении степени крошения почвы по слоям А – 0-7 см, В – 7-14 см, С - 14-21 см. Крупноглыбистое крошение верхней части обрабатываемого слоя (А – 0-7 см) приводило к некоторому увеличению плотности сложения этого слоя в начале вегетационного периода. Плотность сложения почвы в посевном слое при крупноглыбистом крошении его составила – 0,91 г/см3, тогда как при увеличении степени крошения почвы до 5-2 см в диаметре и меньше – плотность сложения посевного слоя 0-7 см составила – 0,87-0,88 г/см3.

Увеличение степени крошения нижней части обрабатываемого слоя (С – 14-21 см) до почвенных отдельностей 2 см в диаметре и меньше приводило к увеличению плотности сложения почвы и скорости релаксационных процессов. Уже в начале вегетационного периода в фазу кущения ячменя плотность сложения почвы в этом слое была максимальной и составила 1,01 г/см3, в фазу колошения – 1,03 г/см3. В конце вегетации ячменя, выявленные закономерности сохранялись, но были менее выраженные.

Изучение влияния различной степени крошения обрабатываемого слоя при основной обработке на изменение влажности почвы в течение вегетационного периода показало (табл.2), что наилучшие агрофизические условия для накопления и  сохранения влаги в почве создаются при мелко-  и  среднекомковатом  крошении обрабатываемого слоя почвы (0-21 см).

Наибольший запас продуктивной влаги от начала вегетационного периода до середины вегетации создавался при мелкокомковатом крошении обрабатываемого слоя (формированиеагрогенного слоя в момент зяблевой обработки из почвенных агрегатов 2 см в диаметре и меньше) и составил в посевном слое 0-7 см – 11,6 мм, в пахотном – 0-21 см – 36,9 мм, в 0-50 см – 97,1 мм (Табл.2). Снижение степени крошения до среднекомковатого состояния обрабатываемого слоя (формирование пахотного слоя преимущественно из почвенных агрегатов 5-2 смв диаметре) приводилок некоторому уменьшению влажности почвы. Запас доступной влаги составил: в посевном слое - 10,4 мм, в пахотном – 31,7 мм, в 0-50 см – 87,7 мм, что ниже на 10,3%, 13,8% и 9,7% соответственно.

Крупноглыбистое крошение обрабатываемого слоя (формирование слоя преимущественно из почвенных глыб более 7 см в диаметре) приводило к снижению содержания доступной влаги в почве. В период всходы- кущение ячменя запас влаги, как в посевном, так и в обрабатываемом слоях был ниже, чем при среднекомковатом и существенно ниже, чем при мелкокомковатом крошении на 1,2 и 2,5 мм в посевном слое, на 1,6 и 6,9мм в пахотном, в слое 0-50 см - на 1,4 и 10,8 мм или на 10,3 и 21,6%, на 4,3 и 18,7% и 1,4 и 11,1% соответственно.

Таблица 2 Влажность почвы в период вегетации ячменя при различной степени крошения обрабатываемого слоя 0-21 см, мм (1999-2001 гг.)

В период колошения ячменя также отмечалось снижение содержания доступной влаги в почве при крупноглыбистом крошении обрабатываемого слоя. Запас доступной влаги в обрабатываемом слое был ниже, чем при средне- и мелкокомковатом крошении на 1,8 и 4,1 мм или на 6,2 и 14,0%.

В этот период при мелкокомковатом крошении запас доступной влаги в обрабатываемом слое был максимальным и составил 29,2 мм, в 0-50 см – 77,1 мм. При среднекомковатом - 27,4 мм и 77,8 мм соответственно.

В дальнейшем, от середины вегетационного периода и до конца, различная степень крошения обрабатываемого слоя не сказывалась на содержании доступной влаги в почве. Различные комбинации составления пахотного слоя по степени крошения 7 см прослоек (А – 0-7 см, В – 7-14 см, С – 14-21 см) оказывали незначительное влияние на содержание и перераспределение влаги в обрабатываемом слое почвы.

Проведенные исследования показали,  что наилучшие  агрофизические условия для накопления и сохранения влаги в черноземе обыкновенном в природно-климатических условиях ЦЧЗ создаются при его мелко- и среднекомковатом крошении при основной обработке почвы.

Как свидетельствуют опытные данные, во все годы проведения исследований степень крошения обрабатываемого слоя оказывала незначительное влияние на плодородие почвы и продуктивность тест-культуры (Табл.3).

Таблица 3 Урожайность ячменя при различной степени крошения обрабатываемого 0-21 см слоя почвы, т/га, 1999- 2001 гг.

Однако наивысшая урожайность ячменя в среднем за три года исследований была при формировании обрабатываемого слоя с преимущественным  содержанием  в нем  почвенных агрегатов 5-2 см  в диаметре и составила 2,46-2,51 т/га. Как более крупноглыбистое крошение обрабатываемого слоя, так и создание обрабатываемого слоя из почвенных агрегатов менее 2 см в диаметре обозначило тенденцию к снижению продуктивности ячменя.

Как известно, различные слои почвы имеют различное плодородие (Ревут И.Б., 1980; Шикула Н.К., Назаренко Г.В., 1990; Сдобников С.С., 1994). Нами в модельном микрополевом опыте было изучено изменение плодородия чернозема обыкновенного, в зависимости от строения – компоновки обрабатываемого слоя, методом различного размещения 0-7 сантиметровых прослоек в профиле обрабатываемого слоя. Как показали результаты исследований биологической активности почвы в течение вегетации ячменя (Табл.4), различное размещение

Таблица 4 Выделение СО2 с поверхности почвы в течение вегетации ячменя при различной компоновке обрабатываемого слоя, г/ м2 за 24 часа, 1996, 1997, 2000 годы

Примечание: *А – слой почвы – 0-7 см, В – слой почвы – 7-14 см, С – слой почвы 14-21 см

прослоек пахотного слоя или перемешивание слоев оказывает влияние на биогенность почвы в течение вегетационного периода. Если в начале вегетационного периода при благоприятном влажностно-температурном режиме обрабатываемого слоя выделение углекислого газа с поверхности почвы мало изменялось в зависимости от варианта компоновки обрабатываемого слоя и было практически одинаковым по всем вариантам опыта, то от середины и до конца вегетации ячменя при нарастании интенсивности микробиологических процессов и снижении влажности поверхностных слоев почвы наибольшая биологическая активность отмечалась при размещении верхнего наиболее плодородного 0-7 см слоя почвы внизу обрабатываемого слоя, где отмечается наибольшее продуцирование СО2 с поверхности почвы. В среднем за вегетацию оно составило 4,58- 4,62 г/м2в сутки (Табл.4). Формирование обрабатываемого слоя без оборота пласта с размещением верхнего 0-7 см слоя почвы на ее поверхности, в почвенно-климатических условиях юго-востока ЦЧЗ, приводило к снижению биологической активности почвы во второй половине вегетационного периода при снижении влажности и пересыхании верхнего слоя почвы.

Как свидетельствует анализ данных урожайности ячменя, в зависимости от компоновки обрабатываемого слоя (степени оборачиваемости и перемешивания пахотного слоя) наибольшее эффективное плодородие почвы и наивысшая урожайность ячменя в почвенно-климатических условиях юго-востока ЦЧЗ формируются при обратногетерогенном и гомогенном строении обрабатываемого слоя, т.е. модель строения пахотного слоя чернозема должна быть обратногетерогенной или гомогенной (Табл.5).

Таблица 5 Урожайность ячменя при различной компоновке обрабатываемого 0-21 см слоя почвы, т/га, 1996,1997,2000 годы

Как показывает анализ данных биологической активности почвы и урожайности ячменя, наибольшее эффективное плодородие чернозема обыкновенного в почвенно-климатических условиях юго-востока ЦЧЗ формируется при обратногетерогенном или гомогенном строении обрабатываемого слоя, когда верхний 0-7 см слой почвы с сконцентрированными в нем пожнивно-корневыми остатками заделывается в нижнюю часть пахотного слоя на глубину 14-21 см или премешивается в слое 7-21 см, что происходит при вспашке почвы плугом с предплужниками или оборотным плугом на глубину 20-22 см.

Таким образом, как свидетельствуют результаты исследований наиболее благоприятные водно-физические показатели плодородия почвы и наивысшая продуктивность ячменя в почвенно-климатических условиях юго- востока ЦЧЗ формируются при крошении обрабатываемого слоя до преобладания в нем почвенных агрегатов 5-2 см в диаметре. Как более крупноглыбистое крошение, создание обрабатываемого слоя преимущественно из почвенных отдельностей более 7 см в диаметре, так и более интенсивное крошение, создание обрабатываемого слоя преимущественно из почвенных отдельностей менее 2 см в диаметре, приводят к некоторому снижению продуктивности ячменя и плодородия чернозема обыкновенного.

Наибольшее эффективное плодородие почвы и наивысшая урожайность ячменя в почвенно-климатических условиях юго-востока ЦЧЗ формируются при обратногетерогенном или гомогенном строении обрабатываемого слоя с расположением 0-7 см прослойки в слое 14-21 или 7-21 см. То есть, параметры оптимальной модели строения пахотного слоя чернозема обыкновенного должны быть: по степени крошения - состоять преимущественно из почвенных агрегатов 5-2 см в диаметре и с обратногетерогенным или гомогенным расположением 0-7 см слоя в слое 7-21 см.

Список литературы

1.      Зинченко С.И. Основы обработки черноземов. – М., 2006. – 248 с.

2.      Картамышев Н.И. Научные основы обработки почвы. Изд-во КГСХА – Курск, 1996. – 145 с.

3.      Ревут И.Б. Физика почв. – М., 1980. - 336 с.

4.      Сдобников С.С. Пахать или не пахать? – М., 1994. – 288 с.

5.   Шикула Н.К., Назаренко Г.В. Минимальная обработка черноземов и воспроизводство их плодородия. – М.: Агропромиздат, 1990. – 320 с