UniversityAgro.ru » Земледелие » Обработка почвы

Обработка почвы

Обработка почвы — механическое воздействие на почву почвообрабатывающими машинами и орудиями с целью создания оптимальных почвенных факторов жизни растений, а также уничтожения сорной растительности и защиты почвы от эрозионных процессов. Является основным агротехническим средством регулирования режимов почвы, интенсивности биологических процессов и фитосанитарного состояния. Качественная, своевременная, научно обоснованная обработка является средством повышения плодородия, урожайности культур и неотъемлемой частью интенсивных эффективных ресурсосберегающих систем земледелия.

Содержание

Значение обработки почвы

Цели обработки почвы:

  • придание почве мелкокомковатой структуры и создание оптимального сложения по плотности, пористости и т.п., при который складываются оптимальные условия для роста и развития растения и микрофлоры;
  • поддержание хорошего фитосанитарного состояния;
  • предотвращение эрозионных процессов, переуплотнения, уменьшение смыва и непроизводительных потерь воды, гумуса, питательных веществ.

Обработка почвы необходима для воспроизводства и окультуривания за счет углубления и увеличения мощности пахотного слоя, разрыхления плужной подошвы в подпахотном слое, заделки органических и минеральных удобрений, мелиорантов.

Обработка почвы позволяет улучшить аэрацию почвы, повысить влагообеспеченность растений, активизировать жизнедеятельность микроиорганизмов. Хорошо и глубоко обработанная почва позволяет растениям создавать мощную корневую систему. Качественное разрыхление и выравнивание поверхности в процессе предпосевной обработки — позволяет создать благоприятные условия для прорастания семян и появления всходов.

Глубокое рыхление в степных засушливых условиях и на склоновых землях позволяет регулировать водный режим, накапливая влагу атмосферных осадков в корнеобитаемом слое, или, наоборот, в отводить избыточную воду с поля, что косвенно влияет и на остальные режимы почв.

Задачи обработки существенно отличаются в зависимости от почвенно-климатических условий и биологических особенностей культур.

Стоит отметить, что обработка может иметь негативные последствия: нарушение динамического равновесия в системе почва — растение — окружающая среда. Так, интенсивная обработка активизирует жизнедеятельность почвенной микрофлоры, ускоряя минерализацию гумуса и увеличивая непроизводительные его потери. Разложение дернины и распыление верхнего слоя в районах риска ветровой эрозии создает предпосылки разрушения почвы и возникновения эрозии.

Многократные проходы сельскохозяйственной техники приводят к сильному переуплотнению пахотного слоя, ухудшая свойства, интенсифицируя сток воды и снос почвы. Обработка почвы — энергозатратный процесс, требующий до 10-15 тыс. МДж энергии на 1 га, что не всегда окупается урожаем.

Результаты длительных исследований отечественных и зарубежных ученых свидетельствуют, что высокий уровень интенсификации земледелия за счет использования удобрений, гербицидов, мелиорантов, орошение и др., изменяют функции обработки, снижаю её долю в формировании урожая до 8-12%. Особенно это характерно для почв с высоким потенциальным уровнем плодородия и благоприятными агрофизическими свойствами. В этих условиях избыточное воздействие нецелесообразно, а роль обработки можно свести к технологическим функциям: заделка удобрений, гербицидов, мелиорантов, семян и т.д. Основными задачами при это становятся воспроизводство плодородие, регулировании водного режима и защите от эрозии.

Наоборот, при низком уровне интенсификации земледелия, недостаточном внесении удобрений, средств защиты растений и т.д. значение обработки возрастает и заключается в мобилизации потенциального плодородия, повышении доли доступных форм питательных веществ, поддержании оптимальных структуры и фитосанитарного состояния.

Развитие учения об обработке почвы

Обработка почвы — одно из древнейших занятий земледельца, возникшее одновременно с началом выращивания растения.

Значительный прогресс в обработке почвы был достигнут в 1797 г. с появлением первых железных плугов в Англии, а затем и в Бельгии. В последствии, в 1863 г. плуг был усовершенствован немецким крестьянином Рудольф Сакк, который применил для вспашки плуг с предплужником, что позволило впервые узнать о преимуществах глубокой обработки почвы.

В России первые рекомендации о глубокой обработке почвы были даны в работах профессора И.М. Комова в 1788 году, который предложил проводить двойную вспашку почвы из-под многолетних трав, при этом при первой вспашке глубина составляла 8-10 см, при второй — 10-20 см.

Существенный вклад в развитие основ обработки почвы внесли русские ученые П.А Костычев, В.Р. Вильямс, А.Г. Дояренко, Т.С. Мальцев и др. П.А. Костычев писал:

«Цель обработки почвы заключается, между прочим, и в том, чтобы изменить строение почвы, придать ей такое строение, которое для произрастания растений наиболее благоприятно».

В своей работе «К вопросу об удобрении и обработке черноземных почв» (1886 г.) он обосновал мелкую вспашку раннего пара в засушливые годы для улучшения разложения дернины. Наоборот, на незадерненных почвах П.А. Костычев предлагал глубокую зяблевую вспашку.

В первой половине XX в. исследования в теории обработки почвы были направлены на обоснование культурной вспашки плугом с предплужником и мощности пахотного слоя. Большая заслуга в этом принадлежит В.Р. Вильямсу. Необходимость культурной вспашки основывается на том, что к концу вегетации однолетних растений 10-сантиметровый слой почвы распыляется, утрачивает структуру от механического воздействия орудий, физиологических и биохимических причин, что, в целом приводит к снижению плодородия. Причиной этому служат аэробные условия, складывающиеся в верхних слоях почвы, усиливающие разложение гумуса, затруднение проникновения кислорода в более глубокие горизонты. Для предотвращения негативного влияния предлагалось ежегодно повторять вспашку для придания почве комковатой структуры.

В работах А.Н. Лебедянцева (1905) и Л.Н. Барсукова (1952, 1956) была определена дифференциация почвы пахотного слоя по плодородию к концу периода вегетации растений с нарастанием его в верхнем 10-сантиметровм слое и снижением в нижней части. С учетом этого открытия были разработаны рекомендации по сочетанию отвальных и безотвальных обработок в севообороте.

И.Е. Овсинский в работе «Новая система земледелия» (1899) обосновывал бесплужную обработку почвы, утверждая, что черноземная почва в естественном состоянии может накапливать достаточное количество воздуха и влаги, для чего необходимо сохранить в ней капиллярность и не допустить иссушения. Если это требование удовлетворить, то возможно заменить вспашку мелким рыхлением верхнего слоя почвы на глубину 5-6 см. Для этой цели были использовали конные культиваторы с плоскорежущими рабочими органами.

Среди западных ученых теории бесплужной обработки почвы придерживались Жан (1910) во Франции, Ф. Ахенбах (1921) в Германии, Э. Фолкнер (1959) в США.

Крупнейшим достижением агрономической науки и практики можно считать предложенную Т.С. Мальцевым систему безотвальной обработки почвы, заменяющую вспашку с оборотом пласта. В рекомендованной им системе безотвальные рыхления почвы на глубину 35-40 см, проводимые один раз в 3-5 лет, должны сочетаться с поверхностными обработками на 5-8 см с помощью лущильников или дисковых борон применительно к зернопаровым севооборотам.

Применение безотвальной обработки привело к увеличению засоренности полей из-за недостатка химических средств борьбы с сорной растительность, что стало ограничением в ее применении.

Дальнейшее развитие почвозащитная обработка почвы получила благодаря исследования ВНИИ зернового хозяйства под руководством академика А.И. Бараева. В её основе лежит плоскорезная обработка с оставлением на поверхности почвы стерни и растительных остатков, с полным отказом от отвальных плугов, зубовых и дисковых орудий и их замену на плоскорезы-глубокорыхлители, игольчатые бороны и стерневые сеялки. Применение этой технологии обработки позволяет сохранять на поверхности почвы до 70-80% стерни, защищающей влагу от испарения, а почве придающей ветроустойчивость.

Однако на тяжелых переуплотняющихся почвах плоскорезы-глубокорыхлители не обеспечивают качественного рыхления. Поэтому для этих целей созданы и используются чизельные, безотвальные орудия типа параплау, сменные стойки СибИМЭ к плугам, расширяющие возможности почвозащитной обработки, особенно на землях с повышенным риском эрозии.

В 70-х годах в СССР стало разрабатываться новое направление — минимизация обработки почвы, которая сосредотачивается на снижении переуплотнения почвы, уменьшении потерь органического и питательных веществ из почвы, сокращении энергетических и трудовых затрат. Значительный вклад в это направление внесли профессора Б.А. Доспехов, С.А. Наумов, К.И. Саранин, А.И. Пупонин и др.

Минимизация обработки почвы достигается благодаря сокращению числа и глубины основных обработок в севообороте на почвах с достаточно благоприятными свойствами для роста растений, совмещению технологических операций, замены отвальных обработок безотвальными, что позволяет уменьшить число проходов техники по полю, сократить сроки выполнения работ, повысить производительность труда в 1,5-2 раза и снизить энергетические затраты на 30-40%.

Новая технология имеет и недостатки: ухудшается фитосанитарное состояния почвы, в частности, повышается засоренность посевов, поражаемость культур болезнями и вредителями. В тоже время, снижение темпов минерализации гумуса ухудшает обеспеченность культурных растений азотом, особенно после зерновых предшественников, что требует дополнительного внесения азотных удобрений.

Для склоновых земель, подверженных риску эрозии, разработаны системы почвозащитной обработки, базирующиеся на применении безотвальной чизельной обработке; вспашке с щелеванием, с изменением микрорельефа поля; мульчировании почвы соломенной крошкой и уменьшении обрабатываемой поверхности и глубины рыхления.

В США и Канаде получили распространение почвозащитные технологии обработки:

  • мульчирующая — сплошная безотвальная обработка почвы с использованием чизельных, плоскорежущих и дисковых орудий;
  • полосная — почву обрабатывают перед посевом пропашных только в зоне рядка с помощью фрез, культиваторов, борьбу с сорными растениями осуществляют путем сочетания механического и химического способов.

Для пропашных культур, высеваемых на склонах, была предложена гребневая обработка, предусматривающая посев на гребнях высотой 15-20 см, нарезаемые культиваторами гребнеобразователями поперек уклона поля. Борьбу с сорняками ведут химическими методами. Гребневая технология позволяет почве лучше прогреваться, сокращая период вегетации культур. Так, прибавка зерна кукурузы, возделываемой по гребневой технологии, составила 0,35 т/га.

Научные основы обработки почвы

Агрофизические

Плотность

Создание в почве оптимальных условий для роста растений является основной задачей обработки почвы. Среди агрофизических показателей к числу наиболее важных относится плотность и строение пахотного слоя, структурный состав и степень крошения, мощность пахотного слоя и другие, которые непосредственно влияют на урожайность культур.

Количественной характеристикой строения почвы является плотность.

Равновесная плотность — плотность почвы, устанавливающаяся в естественных условиях при отсутствии обработки в течение 1-2 лет и складывающаяся под влиянием силы тяжести, осадков и других природных факторов.

Оптимальная плотность — плотность почвы, при которой складываются наиболее благоприятные условия для роста растений и жизнедеятельности почвенных микроорганизмов.

Изучение реакции растений на физическое состояние почв различного генезиса позволило определить интервалы оптимальных значений плотности для зерновых и пропашных культур. Например, моделирование плотности сложения дерново-подзолистой среднесуглинистой почвы показало, что оптимальная плотность в средние по увлажнению годы для зерновых колосовых культур составляют 1,1-1,3 г/см3, для пропашных — 1,0-1,2. Равновесная плотность тех же почв составляет 1,35-1,50 г/см3.

Соотношение равновесной и оптимальной плотностей позволяет определять необходимость обработки, её интенсивность и глубину. Так, при вспашке дерново-подзолистой почвы её плотность уменьшается с 1,4-1,5 до 0,8-0,9 г/см3.

Плотность зависит от гранулометрического состава, гумуса, количества водопрочных агрегатов, влажности.

При тяжелом гранулометрическом составе с большой долей илистой фракции и гумуса почвы подвержены существенному набуханию при увлажнении и разрыхлению, что приводит к изменению равновесной и оптимальной плотности.

Таблица. Равновесная и оптимальная плотность почвы для полевых культур (по данным А.И. Пупонина, 1986), г/см31
Почва
Гранулометрический состав
Равновесная плотность
Оптимальная плотность для культур
зерновые
пропашные
Дерново-подзолистаяПесчаная
1,5-1,6
-
1,4-1,5
Супесчаная
1,3-1,4
1,2-1,35
1,10-1,45
Суглинистая
1,35-1,50
1,1-1,3
1,0-1,2
Дерново-карбонатнаяСуглинистая
1,4-1,5
1,1-1,25
1,0-1,2
Дерново-глееваяСуглинистая
1,4
1,2-1,4
-
Луговая пойменнаяСуглинистая
1,15-1,2
-
1,0-1,2
БолотнаяСтепень разложения торфа 35-40%
0,17-0,18
-
0,23-0,25
Серая леснаяСуглинистая
1,35-1,4
1,15-1,25
1,0-1,2
ЧерноземСуглинистая
1,0-1,3
1,2-1,3
1,0-1,3

Черноземные почвы с высоким содержанием гумуса имеют равновесную плотность 1,0-1,3 г/см3, совпадающую с оптимальной, что позволяет уменьшить интенсивность и глубину обработок. Оптимальные условия для появления всходов зерновых культур, а также уменьшения испарения влаги, складываются, в черноземной тяжелосуглинистой почве при плотности верхнего 7-сантиметрового слоя 0,98-1,04 г/см3, а нижнего на глубине 7-30 см — 1,18-1,20 г/см3. Для достижения такого сочетанием плотностей применяют сочетание разноглубинной отвальной и безотвальной обработок с поверхностной.

Использование тяжелых почвообрабатывающих машин и транспортных средств приводит к сильному уплотнению до 1,35-1,55 г/см3, ухудшающему физико-механических свойств. Что, например, сказывается на всхожести семян озимой пшеницы, которая уменьшается с 81,1 до 60,7%. В свою очередь, переуплотнение вызывает необходимость глубокого рыхления с помощью безотвальных, чизельных орудий, плугов-глубокорыхлителей и других агрегатов.

Строение пахотного слоя

Строение почвы — соотношение объемов твердой фазы, капиллярной и некапиллярной пористости. Оптимальные для роста и развития растений условия аэрации почвы, её воздухообмена с атмосферой складываются в дерново-подзолистой среднесуглинистой почве при общей пористости 46-56%, некапиллярной — 18-25, капиллярной — 28-31%, и доли твердой фазы 44-54% объема почвы.

Для черноземных почв оптимальные условия складываются при общей пористости 51-62% и пористости аэрации — 15-25%. Предельная пористость устойчивой аэрации, при которой наблюдается снижение урожайности зерновых культур, составляет — 13-15% объема почвы. При этом содержание кислорода в увлажненной почве составляет не менее 20%, а СО2 не более 0,2-0,5%.

Обработка позволяет улучшить строение пахотного слоя: рыхление при основной и предпосевной обработках позволяют увеличить некапиллярную пористость, а уплотнение чрезмерно рыхлой — уменьшить ее и снизить аэрацию.

Создание оптимальной модели плодородия пахотного слоя позволяет обеспечить наиболее благоприятные почвенные режимы, что способствует повышению урожайности культур. Моделирование гомогенного и гетерогенного состояния пахотного слоя дерново-подзолистой почвы с разной мощностью пахотного горизонта показало, что картофель, кукуруза и другие полевые культуры положительно реагируют на гетерогенное сложение профиля почвы, при котором в верхнем 20-сантиметровом слое за счет удобрений и извести создаются более оптимальные агрофизические и агрохимические свойства.

Прибавка урожая полевых культур при гетерогенном строении пахотного слоя и внесении высоких доз удобрений на глубину до 20 см за 15 лет повысилась с 3,8 до 9,7 тыс. корм. ед. на 1 га по сравнению с неудобренным фоном. В условиях гомогенного строения — с 3,4 до 8,9 тыс. корм. ед. на 1 га. Внесение удобрений на глубину до 40 см снизил урожайность в кормовых единицах на 10,8%, что свидетельствует о смешивании пахотного слоя с почвой элювиального горизонта, отличающегося низким естественным плодородием и не позволяющим восстановить плодородие до исходного уровня даже за 15-летний период.

Таблица. Урожайность полевых культур в зависимости от строения слоя 0-40 см дерново-подзолистой почвы, т/га2
Культура
Годы
Гетерогенное строение
Гомогенное строение
Гетерогенное строение
Гомогенное строение
Без удобрений
Навоз+NPK
Картофель
1975-1989
12,18
12,10
29,39
27,21
Викоовсяная смесь (сено)
1976-1978
3,22
2,96
6,08
5,66
Кукуруза на силос
1980-1988
24,38
21,30
71,38
62,80
В среднем за 15 лет, тыс. корм. ед. на 1 га
3,8
3,4
9,7
8,9

Другие показатели

Сложение почвы зависит от содержание водопрочных агрегатов, устойчивость ее против эрозии и уплотнения, влияет на почвенные режимы и определяет продуктивность культур.

Оптимальное содержание водопрочной макроструктуры, то есть агрегатов размером 0,25-10 мм и более, для серых лесных и дерново-подзолистых почв составляет 30-45%, для черноземных — 45-60%. Такая структура позволяет длительное время сохранять устойчивое сложение, придаваемое ей обработкой. Структурная почва теряет свои положительные свойства при увеличении количества пылеватых частиц размером менее 0,25 мм до 30-40%.

Доля гумуса в верхнем 10-сантиметровом слое выше, чем на глубине 10-20 см. В верхнем слое восстановление структуры происходит быстрее за счет накопления растительных остатков и удобрений. Оборачивание почвы при вспашке способствует структурированию нижней части пахотного слоя.

Требования культур к степени крошения определяется гранулометрическим составом, оструктуренностью, степенью увлажнения, биологическими особенностями культуры и риском эрозии. Например, для зерновых колосовых культур в Нечерноземной зоне степень крошения, то есть доли комков диаметром 0,25-30 мм, дерново-подзолистых и серых лесных почв должна быть не менее 80%, а глыбистость — не более 20%.

Твердость почвы — свойство, оказывающее сильное влияние на рост и проникновение корней. При сильном уплотнении при высушивании и повышении твердости до критических значений более 10 кг/см2 для зерновых культур, приводит к снижению роста корней и увеличению затрат энергии растений на преодоление сопротивления почвы. Глубокое рыхление облегчаются проникновение корней в глубокие слои, что особенно важно для формирования корнеплодов у сахарной свеклы, моркови и клубней картофеля.

Почвозащитная обработка почвы

К современным системам обработки почвы в системах ландшафтного земледелия предъявляются требования к защите от эрозии и энергосбережению. На склоновых землях с риском водной эрозии, применяются специальные почвозащитные технологии на основе глубокого безотвального рыхления, чизелевания, щелевания, прерывистого бороздования и контурной вспашки с поделкой гребней, лунок и др. Применение этих приемов позволяют снизить сток талых и ливневых вод в 2-2,5 раза, а смыв почвы — в 2,5-11 раз. При этом эффективность внесения минеральных удобрений повышается на 10-12%, а урожайность зерновых — на 0,15-0,2 т/га.

В степной и лесостепной зон, где почвы подвержены ветровой эрозии, система почвозащитной включает мульчирование, полосную и другие минимальные обработки с применением рыхлящих, но не оборачивающих пласт рабочих органов машин, например, плоскорезов, чизелей, параплау, стоек СибИМЭ, сеялок прямого посева, сохраняющих стерневые и пожнивные остатки на поверхности.

Агрохимические основы

Основная обработка почвы оказывает влияние на распределение органического вещества, удобрений, доступность минеральных элементов, процессы гумификации растительных остатков и азотфиксации.

В верхнем 10-сантиметровом слое накапливается больше фосфора и калия. Высокое содержание органического вещества способствует оструктуриванию и хорошим поглотительным свойствам. Это обусловлено локализацией фосфора и калия в верхних слоях за счет органических и минеральных удобрений. Однока, внесение избыточных доз фосфорных и калийных удобрений может превысить допустимую нагрузку на почву и корневую систему растений, что приводит к снижению плодородия и урожайности культур.

В то же время, концентрирование питательные вещества в верхнем слое при неглубоких поверхностных обработка приводит к обеднению более глубоких слоев корнеобитаемой зоны. При неблагоприятных условиях, например, пересыхание поверхностного слоя при отсутствии осадков, питательные вещества становятся недоступными. Глубокая периодическая вспашка в севообороте позволяет избежать этих отрицательных явлений, которая обеспечивает оборачивание и перемешивание слоев почвы. Кроме того, устраняется концентрирование пожнивных остатков за исключением земель, подверженных риску эрозии, приводящее к накоплению токсичных веществ в  почве продуктов разложения.

Широкое применение химических средств защиты растений вызывает необходимость в использовании интенсивных систем обработки почвы, которые направлены на улучшение аэрируемости и ускорения дезактивации пестицидов, например, прометрина.

Биологические основы

Плодородие почвы во многом определяется активностью биологических процессов, поэтому обработка почвы, направленная на улучшение условий жизни почвенной микрофлоры, способствует повышению плодородия. В частности, рыхление улучшает аэрацию, нормализует водный режим почвы, увеличивает количество сапрофитных организмов.

Уменьшение интенсивности и глубины рыхления приводит к замедлению процессов минерализации гумусовых веществ, которые являются ключевым фактором плодородия почвы. Так, замена вспашки безотвальной плоскорезной обработкой повышает гумификацию органического вещества на 20-30%, на легких супесчаных на 40%. Известкование кислых почв смещает процесс синтеза гумусовых соединений в сторону образования наиболее ценных из них.

Глубина и способ обработки влияют на фитосанитарный потенциал почвы и ее засоренность. Так, ежегодная плоскорезная обработка в течение 5-7 лет увеличивает повреждаемость овса корневыми гнилями на 6,9-8,3%, ячменя — на 11,3-12,4%, засоренность — в 2 раза. Данный факт приводит к необходимости чередования безотвальной обработки с глубокими обработками почвы в севооборотах.

Паровая, полупаровая и зяблевая системы обработок почвы являются средствами улучшения фитосанитарного состояния почвы и посевов. Например, для снижения численности проволочников и злаковых тлей служит своевременная система зяблевой обработки. Лущение стерни и зяблевая вспашка плугом с предплужником позволяет провести глубокую заделку семян сорных растений, стерни, и вместе с ними личинок шведской и гессенской мух, гусениц озимой совки. При этом погибают споры линейной и бурой ржавчины, инфекции, корневых гнилей, септориоза. Углубление пахотного слоя, плоскорезная, чизельная обработки в засушливых условиях, сокращает засоренность полей, улучшает влагообеспеченность растений, ускоряет их рост.

Технологические операции обработки почвы

Оборачивание

Оборачивание — технологическая операция обработки почвы, при которой происходит взаимное перемещение в вертикальном направлении слоев или горизонтов почвы.

При оборачивании заделывается дернин, растительные остатки, удобрения, осыпавшихся семян и вегетативных органов размножения сорных растений, возбудители болезней и вредителей культур. Необходимость оборачивания обусловлена дифференциацией почвы пахотного слоя по плодородию, которая может быть сильно выраженной в увлажненных районах при низкой культуре земледелия.

Под воздействием растений, удобрений, света, микроорганизмов, обработки верхний слой приобретает более высокие оструктуренность, биогенность и плодородие в сравнении с нижними слоями. В нем содержится больше гумуса, питательных веществ и микроорганизмов. Оборачивание улучшает показатели плодородия нижней части пахотного слоя, особенно на это влияют удобрения и мелиоранты. Этому также способствует вовлечение илистых и мелкодисперсных фракций почвы в пахотный слой. На тяжелых, переувлажненных почвах оборачивание снижает вредное действие закисных соединений на растения.

Оборачивание не проводят в засушливых условиях и районах с ветровой эрозией, так как это усиливает отрицательные процессы.

Оборачивание проводят отвальными плугами, лемешными лущильниками и другими орудиями. Дернину, сорную растительность, пожнивные и корневые остатки лучше всего заделывать во время проведения вспашки плугами с предплужниками.

Рыхление

Рыхление почвы — технологическая операция, при которой изменяется взаимное расположение почвенных отдельностей, например, комков или агрегатов, с образованием более крупных пор. Рыхление способствует увеличению некапиллярной пористости, аэрации почвы, водо- и воздухопроницаемости, улучшению теплового режима и активности почвенной микрофлоры, повышению доступности влаги, питательных веществ, облегчению проникновения корней в глубокие слои почвы и перенесение засухи. Наиболее чувствительные к рыхлому состоянию почвы пропашные культуры, в меньшей степени — культуры сплошного посева.

Поверхностное рыхление позволяет уничтожать почвенную корку создать мульчирующий слой. Рыхление проводят пассивными и активными рабочими органами орудий: отвальными и дисковыми плугами, культиваторами, лущильниками, боронами, фрезами, ротационными мотыгами и др. Его выполняют на глубину от 3 до 50 см и более. Для рыхления подпахотного слоя без оборачивания используют плуги с почвоуглубителями и плуги с вырезными корпусами.

Крошение

Крошение — технологическая операция, при которой происходит дробление крупных комков и глыб на более мелкие. Как правило, его выполняют одновременно с другими операциями.

Крошение уменьшает испарение влаги, ускоряют появление всходов и стимулирует рост растений, обеспечивает равномерную заделку семян. Для крошения применяют дисковые бороны, катки и др.

Перемешивание

Перемешивание почвы позволяет создать однородный обрабатываемый слой почвы с равномерным распределением продуктов разложения органических веществ, удобрения.

Этот прием особенно важен при припахивании менее плодородного подпахотного слоя. Перемешивание почвы при известковании или гипсовании значительно повышает эффективность этих приемов , улучшает доступность питательных веществ растениям.

Перешивание почвы проводят одновременно с рыхлением и оборачиванием плугами без предплужников, отвальными и дисковыми лущильниками и почвенными фрезами.

Уплотнение

Уплотнение изменяют взаимное расположение почвенных отдельностей с образованием более мелких пор. Уплотнение почвы уменьшает некапиллярную порозность, увеличивает объем более мелких капиллярных пор, приводит к более тесному соприкосновению семян с почвой.

В условиях недостаточного увлажнения уплотнение уменьшает проветривание почвы и испарение влаги. Его выполняют во время предпосевной подготовки почвы и после посева. В обоих случаях этот прием способствует лучшему контакту семян (особенно мелких) с почвой и улучшает подток воды нижних слоев. В условиях недостатка тепла в весенний период уплотненная почва лучше прогревается. Иногда его применяют для дробления крупных комков и при обработке рыхлых торфянистых почв.

Уплотнение выполняют катками с различной рабочей поверхностью и иными орудиями.

Выравнивание поверхности

Выравнивание поверхности почвы — технологическая операция для устранения неровностей поверхности почвы. Необходимо для сокращения потерь влаги на испарение влаги, подготовки участка к орошению, равномерного посева семян, выполнения качественной работы посевных, уборочных машин и по уходу за растениями.

Выравнивание поверхности проводят шлейфами, волокушами, боронами, катками, мала (тяжелая волокуша). В условиях орошаемого земледелия применяют грейдеры, бульдозеры и планировщики (П-4, П-3, П-2,8).

Подрезание сорняков

Подрезание сорняков агротехнический способ борьбы с сорной растительностью. Его проводят одновременно с рыхлением, оборачиванием и перемешиванием почвы при вспашке, культивации, лущении или используют специальные ножевые, штанговые, культиваторы, а также специальными культиваторы с двусторонними или односторонними лапами-бритвами.

Создание микрорельефа

Создание микрорельефа, например, борозд, гряд, щелей, гребней, лунок, микролиманов и т.п. на поверхности почвы. Данный прием необходим для регулирования и создания наиболее оптимальных водного, воздушного, питательного, теплового режимов на склоновых землях, подверженных водной эрозии. Микрорельеф предотвращает сток воды и вместе с ней смыв почвы. Борозды помогают отводить избыточную воду. Для создания микрорельефа используют бороздоделатели, окучники, грядоделатели, приспособленые к плугам, лункоделатели, щелерезы.

В районах с недостаточным увлажнением для увеличения запасов воды в почве за счет осенних и зимних атмосферных осадков и весенних талых вод создают микрорельеф путем прерывистого бороздования зяби, лункования, щелевания и др.

При сохранении стерни на поверхности почвы в условиях риска эрозии, применяют культиваторы-плоскорезы, игольчатые бороны, стерневые сеялки, глубокорыхлители-плоскорезы и др.

Физико-механические свойства почвы и их влияние на качество обработки

Физико-механические свойства — свойства почвы, характеризующие физическое состояние и отношение к внешним и внутренним механическим воздействиям:

  • твердость,
  • связность,
  • пластичность, 
  • липкость,
  • физическая спелость,
  • набухаемость,
  • усадка и др.

Физико-механические свойства определяют качество проведения технологических операций обработки почвы и степень её деформации при работе сельскохозяйственных машин.

Они оказывают существенное влияние на условия роста и развития растений и зависят от влажности, гранулометрического состава, содержания органического вещества и состава поглощенных катионов.

Связность

Связность — свойство почвы оказывать сопротивление разрыхляющему действию. Тяжелые глинистые почвы и солонцы в сухом состоянии обладают наибольшей связностью, что проявляется в плохом крошении, глыбистости и увеличении энергетических затрат на обработку. Во влажном состоянии эти почвы сильно прилипают к рабочим органам машин. Легкие и хорошо оструктуренные почвы обладают наименьшей связностью, что позволяет обрабатывать их при широком интервале влажности.

Связность увеличивает устойчивость к эрозии.

Твердость

Твердость — свойство почвы в естественных условиях оказывать сопротивление действию расклинивающих сил. На твердость влияет влажность, оструктуренность, гранулометрический состав. При подсыхании твердость увеличивается. Высокая твердость негативно сказывается на росте корней растений, увеличиваются энергетические затраты на обработку и износ рабочих органов техники.

Наименьшей твердостью обладают черноземы и оструктуренные почвы. Оптимальная твердость черноземов при влажности 0,7 НВ для зерновых культур составляет 7-9,9 кг/см2, кукурузы — 5,2-7,2, картофеля — до 5 кг/см2.

Пластичность

Пластичность — способность почвы во влажном состоянии изменять и сохранять под действием внешних сил форму и деформироваться без образования трещин. Пластичность зависит от гранулометрического состава, состава коллоидной фракции и поглощенных катионов, гумусированности. Пластичность проявляется в определенном интервале влажности почвы. Верхний предел пластичности определяется нижней границей текучести. 

Нижний предел пластичности проявляется при влажности, при которой почва переходит из полутвердой консистенции в вязкопластичную, например, раскатывается в шнур. Соотношение между верхним и нижним пределами пластичности измеряется числом пластичности, равное для супесчаных почв от 0 до 7, суглинистых 7-17, глинистых — более 17. К наиболее пластичным относятся глинистые, суглинистые и солонцовые почвы.

Липкость

Липкость — свойство почвы при определенной влажности прилипать к поверхности рабочих органов орудий. Проявляется при превышении определенного уровня влажности почвы. Наибольшей липкостью обладают глинистые почвы.

Для уменьшения липкости способствуют меры, направленные на повышение плодородия и оструктуривание: внесение органических удобрений, известкование или гипсование, осушение переувлажненных участков, покрытие поверхностей рабочих органов полимерными материалами, использование пластинчатых отвалов на корпусах плугов и др.

Физическая спелость

Физическая спелость — оптимальный для обработки почвы интервал влажности, при котором физико-механических свойства обладают наилучшими качествами для проведения технологических операций.

Для суглинистых почв физическая спелость соответствует 40-60% НВ, для легких — 40-70% НВ. В виду уплотнения под действием тяжелой техники обработку принято проводить при 60-70% НВ.

Высокое качества обработки при наименьших тяговом сопротивлении достигается при влажности 14-18%.

Проводить обработку сухой почвы нежелательно из-за плохого крошения, сильной глыбистости, распыления и уплотнения.

Наилучшее качество рыхления достигают при физической спелости весной на глубину боронования зяби и культивации 6-10 см, при весенней вспашке — 16-20 см.

Обработка неспелых почв увеличивает тяговое усилие и расход топлива: на сухих почвах — из-за повышенной связности, а на переувлажненных — из-за увеличения липкости.

Влажность определяет выбор почвообрабатывающих орудий. Дисковые и фрезерные орудия используют для обработки почв с большей на 2-3% влажностью, агрегаты со стрельчатыми, плоскорежущими или долотообразными рабочими органами — при меньшей влажности.

Увеличение скорости движения агрегатов, например, при вспашке, до 2,50-3,33 м/с интервал оптимальной влажности расширяется и почву допустимо обрабатывать при влажности 18-20% НВ, без ухудшения качества крошения.

Таблица. Интервалы влажности почвы для качественной её обработки (по Пронину), %3

Тип почвы
Предел влажности
Интервал влажности
нижний (глыбообразование)
верхний (залипание)
агротехнически допустимый для обработки почвы
для высококачественной обработки и наименьшего сопротивления
Дерново-подзолистые
11
22
12-21
15-18
Серые лесные
14
24
15-23
17-18
Черноземы
13
25
15-24
15-18
Каштановые
12
24
13-23
14-16
Каштановые солонцеватые
12
21
13-20
16-17
Серо-бурые и бурые
13
21
14-20
15-17
Сероземы
14
21
12-24
-

Оптимальная влажность, соответствующая физической спелости, при которой уплотняющее действие тяжелой сельскохозяйственной техники минимально для черноземных почв находится в интервале 15-24%, дерново-подзолистых — 12-21%, серых лесных — 15-23% НВ.

Приемы обработки почвы

Прием обработки почвы — однократное воздействие на почву рабочими органами почвообрабатывающих машин или орудий, выполняющих одну или несколько технологических операций.

Приемы обработки почвы подразделяются на:

  • приемы основной обработки почвы;
  • приемы поверхностной и мелкой обработок почвы;
  • специальные приемы обработки почвы;
  • посев;
  • послепосевная обработка почвы, или по уходу за растениями.

Основная обработка почвы — глубокая сплошная обработка, проводимая под определенную культуру севооборота и изменяющая плотность сложение пахотного слоя и перемешивающая слои или горизонты почвы.

К приемам основной обработки почвы относятся: вспашка, безотвальная обработка, чизелевание, плоскорезная обработка, фрезерование.

Мелкая обработка почвы — обработка на глубину от 8-10 до 16-18 см. Поверхностная обработка почвы — обработка на глубину до 8-10 см.

Поверхностная и мелкая обработки почвы позволяют подготавливать почву к посеву, проводить уход за парами и растениями, уничтожать сорную растительность и создавать условия и создают условиях для обработок на повышенных скоростях и качественной уборки урожая.

К приемам поверхностной и мелкой обработок почвы относятся: лущение, культивация, окучивание, боронование, прикатывание, шлейфование, малование.

К приемам специальной обработки почвы относятся: двух- и трехъярусная вспашки, плантажная вспашка, щелевание, кротование.

Послепосевная обработка почвы — комплекс приемов по уходу за посевами культуры, направленных на создание благоприятных условий для прорастания семян, появления всходов и обеспечивающих оптимальные условия роста и развития растений.

К приемам послепосевной обработки почвы относятся: прикатывание, до- и послевсходовое боронование, междурядные рыхления, окучивание и прореживание растений.

Система обработки почвы

Система обработки почвы — комплекс научно обоснованных приемов обработки почвы, последовательно выполняемых при возделывании культуры или паровом поле севооборота для обеспечения оптимальных условий почвы для роста и развития растений.

Посредство системы обработки почвы регулируют почвенные режимы и фитосанитарное состояние, увеличивают мощность пахотного слоя, предупреждают развитие эрозии. Приемы обработки могут состоять из одного или нескольких технологических операций, например, чизелевание позволяет рыхлить, крошить и частично перемешивать почву.

Система обработки почвы определяет земледельческую культуру поля и, как следствие, уровень плодородия и урожайность сельскохозяйственных культур.

Выбор приемов, составляющих конкретную систему обработки почвы определяется ландшафтными условиями, типом и состоянием почвы, зональными климатическими особенностями, засоренностью полей, предшествующими культурами и их биологическими особенностями, системой удобрения в севообороте. Она должна обеспечивать оптимальные сроки и высокое качество выполнения работ.

В настоящее время применяют следующие системы механической обработки:

  • Система обработки под яровые культуры, определяется предшествующей культурой, например, однолетними непропашными культурами сплошного посева, пропашными, сеяными многолетними травами, чистыми или кулисными парами, обработкой почвы под промежуточные посевы и после их уборки.
  • Система обработки почвы под озимые культуры включает обработку чистых, кулисных или занятых паров и обработку после непаровых предшественников.

Системы обработки под конкретные культуры объединяют в технологические комплексы или системы обработки почвы в севообороте.

Минимальная обработка почвы

В условиях экологического почвозащитного земледелия распространение получают более экономичные энергосберегающие технологии минимальной обработки почвы.

Минимальная обработка почвы — научно обоснованная обработка почвы, обеспечивающая снижение энергетических и трудовых затрат за счет уменьшения числа, глубины и обрабатываемой площади поля, совмещения и выполнения нескольких технологических операций в одном рабочем процессе.

Углубление и окультуривание пахотного слоя различных типов почв

Углубление и окультуривание пахотного слоя — одна из актуальных задач земледелия. Глубокий пахотный слой позволяет накапливать большее количество влаги, органического вещества, увеличить зону активной деятельности почвенных микроорганизмов и доступность питательных веществ.

Увеличение мощности пахотного слоя и улучшение его физических свойств и аэрации при углублении способствуют:

  1. Более глубокому проникновению корневой системы растений в нижние слои почвы. 
  2. Накоплению воды в почве от атмосферных осадков и талых вод.
  3. Увеличению пористости и воздухоемкости почвы, улучшению газообмена.
  4. Эффективной борьбе с сорняками, болезнями и вредителями.
  5. Разрыхлению почвы подпахотного горизонта и разрушению плужной подошвы.
  6. Уменьшению деформации почвы и большей устойчивости к переуплотнению под действием ходовых систем тракторов, почвообрабатывающих орудий и транспортных средств.
  7. Устойчивому функционированию агроэкосистемы благодаря потенциальному увеличению накопления органического вещества и энергии почвой.

Обработка почв, подверженных водной эрозии

Причиной проявления водной эрозии является сток дождевых и талых вод, под действием которого происходит смыв и размыв пахотного слоя и разрушение плодородия почвы. Токи воды уносят на наиболее ценные илистые и коллоидные фракции почвы, растворимые гумусовые и питательные вещества. 

Главными задачами обработки почвы, подверженных водной эрозии являются:

  • придание мелкокомковатой структуры и рыхлого состояния почвы для улучшения водопроницаемости и поглощения влаги;
  • создание на поверхности склона определенного микрорельефа;
  • уменьшение смыва почвы с поверхностными стоками воды и накоплением ее в почве;
  • углубление пахотного слоя;
  • разрушение плужной «подошвы».

Противоэрозионные приемы можно условно разделить на две группы:

  1. приемы, увеличивающие водопроницаемость и фильтрующие воду;
  2. приемы, создающие на поверхности микрорельеф для задержания стока воды и смыва почвы.

Обработка почв, подверженных ветровой эрозии

Причинами возникновения ветровой эрозии являются высокая скорость ветра у поверхности почвы, высокая степень распыления при слабой оструктуренности верхнего слоя, низкая его увлажненность и отсутствие защитного растительного покрова. Часто эрозия почвы возникает на обрабатываемых землях, технология обработки которых не соответствует ландшафтным условиям.

Задачи противоэрозионной обработки почвы входят:

  • рыхление почвы с сохранением максимального количества стерни и других растительных остатков на ее поверхности;
  • создание оптимальных условий для накопления и сохранения влаги в почве;
  • недопущение распыления почвы и усиления ее аэрации посредством минимизации обработки.
Стерня, оставленная на поверхности поля, снижает скорость ветра в приземном слое до 3-4 м/с, предупреждая тем самым выдувание почвы. В зимний период она позволяет задерживать снег, способствует накоплению влаги, в летний жаркий период уменьшает ее испарение.

Академик А.И. Бараев заложил теоретические основы противоэрозионной обработки почв, подверженных ветровой эрозии, которые сводятся к следующему:

  1. Устойчивой к ветровой эрозии следует относить почвы, содержание в верхнем слое которых структурных агрегатов размером более 1 мм составляет более 50%.
  2. Покрытие более 40% поверхности почвы растительными остатками и стерней позволяет снизить скорость ветра в приземном слое до 3-4 м/с, что уменьшает испарение влаги, увеличивает увлажненность почвы, вследствие чего повышается ветроустойчивость.

Основываясь на этих принципах, в основе противоэрозионной обработки почвы заложена плоскорезная обработка без оборачивания с сохранением на поверхности поля большей части стерни.

Обработка мелиорированных земель

К мелиорированным земля относят орошаемые и осушенные участки почвы, а также почвы коренного и поверхностного улучшения сенокосов, лугов и пастбищ. Технологии обработки этих земель имеют ряд особенностей и определяются культурами севооборота, засоренностью сорняками, способами мелиорации, уровнем плодородия.

Оценка качества выполнения полевых работ

Качество выполнения полевых работ — степень соответствия параметров качества и сроков фактического выполнения отдельных приемов требованиям стандартов или агротехническим требованиям. Качество выполнения определяет урожайность сельскохозяйственных культур.

Качество полевых работ зависит от технического состояния почвообрабатывающих и посевных агрегатов, правильной регулировки, качества предыдущих обработок, почвенными условиями, сроками выполнения работ и другими условиями.

Нарушение агротехнических требований к обработке почвы приводит к:

  • ухудшению условий роста и развития культурных растений;
  • снижению урожайности;
  • уменьшению эффективности удобрений и химических средств защиты растений,
  • снижению эффективности мелиорации,
  • возможности развития эрозии почвы,
  • снижению плодородия.

В следствие чего должен быть организован постоянный контроль за качеством полевых работ, и в частности за качеством выполнения отдельных приемов обработки.

Качество выполнения отдельного приема обработки почвы, посева и других определяют по совокупности показателей, характеризующих степень пригодности почвы для оптимального роста растений и выполнения последующих технологических операций. 

Современные проблемы обработки почвы

Проблемы энергосбережения и уплотнения почвы

Основная статья: Обработка почвы: Проблемы энергосбережения и уплотнения почвы

Обработка почвы является самым энергоемким и дорогостоящим технологическим приемом земледелия. В настоящее время на нее приходится до 40% энергетических и 25% трудовых затрат от общего объема полевых работ по выращиванию и уборке культур. Для оценки, если пересчитать все приемов почвообработки на вспашку, то ежегодно на каждом гектаре перемещается 6 000 т почвы.

Экологические проблемы

Интенсификация земледелия приводит к нарушению динамического равновесия в экологической системе почва — растение — атмосфера, изменению биогеохимического круговорота веществ и энергии в биосфере. Механическая обработка почвы приводит к разрушению почвенных зооценозов, ходов червей и корней, сокращается зоонаселение, снижается способность почвы к саморыхлению. Частые механические обработки ускоряют микробиологические процессы минерализации органического вещества, что негативно сказывается на структуре почвы, приводит к значительным непроизводительным потерям питательных веществ и влаги. Согласно данным ВНИИ земледелия и защиты почв от эрозии, существующая технология обработки почвы за 30-40 лет привела к уменьшению содержания гумуса в пахотном слое черноземных почв на 0,8-1,1%, на склонах — на более 3,5%.

В среднем по России при интенсивной отвальной обработке ежегодно в пахотном слое минерализуется около 1 тонны гумуса на 1 гектар, что равноценно потере 10 тонн почвы при 2,5-процентном содержании гумуса.

[INSERT_ELEMENTOR id="3433"]

Литература

Земледелие. Учебник для вузов/Г.И. Баздырев, В.Г. Лошаков, А.И. Пупонин и др. — М.: Издательство «Колос», 2000. — 551 с.

Основы технологии сельскохозяйственного производства. Земледелие и растениеводство. Под ред. В.С. Никляева. — М.: «Былина», 2000. — 555 с.

Основы агрономии: учебное пособие/Ю.В. Евтефеев, Г.М. Казанцев. — М.: ФОРУМ, 2013. — 368 с.: ил.

Ссылки

  1. Земледелие. Учебник для вузов/Г.И. Баздырев, В.Г. Лошаков, А.И. Пупонин и др. — М.: Издательство «Колос», 2000. — 551 с.
  2. Земледелие. Учебник для вузов/Г.И. Баздырев, В.Г. Лошаков, А.И. Пупонин и др. — М.: Издательство «Колос», 2000. — 551 с.
  3. Земледелие. Учебник для вузов/Г.И. Баздырев, В.Г. Лошаков, А.И. Пупонин и др. — М.: Издательство «Колос», 2000. — 551 с.