Обработка почвы

Значение обработки почвы

Цели обработки почвы:

• придание почве мелкокомковатой структуры и создание оптимального сложения по плотности, пористости и т. п., при которой складываются оптимальные условия для роста и развития растений 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 счёт 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 микроорганизмов. 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, 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.

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 создаёт 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 учёных свидетельствуют, что высокий уровень интенсификации земледелия за счёт использования удобрений, гербицидов, мелиорантов, орошение и др., изменяют функции обработки, снижая 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: заделке удобрений, гербицидов, мелиорантов, семян и т. д. Основными задачами при это становятся воспроизводство плодородие, регулирование водного режима и защита 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 Рудольфом Сакком, 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 учёные 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 чернозёмных почв (1886 г.) он обосновал мелкую вспашку раннего пара в засушливые годы для улучшения разложения дернины. Наоборот, на незадернённых 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-сантиметровом слое и снижением в нижней части. С учётом 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 чернозёмная 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 учёных 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 засорённости полей из-за недостатка химических средств борьбы с сорной растительность, что стало ограничением её применения.

Дальнейшее развитие почвозащитная обработка почвы получила благодаря исследованиям 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 тяжёлых 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, которые расширяют 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. Эти подходы позволяют 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 засорённость посевов, поражаемость культур болезнями и вредителями. 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 обработки;
• вспашке с щелеванием, с изменением микрорельефа поля;
• мульчирования почвы соломенной крошкой;
• уменьшения 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 сочетанием 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 поперёк 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

Технологические операции обработки почвы

Резание и отделение

Основные операции механической обработки почвы:

I — вертикальное резание; II — горизонтальное резание; III — отделение пласта.

Резание почвы ножами происходит в вертикальной (рис., I) и горизонтальной (рис., II) плоскостях. При вертикальном резании не образуется стружки, а при горизонтальном — образуется и отделяется стружка.

Отделение пласта от почвенного массива происходит после его вырезания (отрезания) в горизонтальной, наклонной или вертикальной плоскости. Пласт (рис., III) в поперечном сечении имеет форму прямоугольника, треугольника или другой геометрической фигуры.

Оборачивание

Оборачивание почвы

Оборачивание — технологическая операция обработки почвы, при которой происходит взаимное перемещение в вертикальном направлении слоёв или горизонтов почвы. Оборот — это вращение почвенного пласта в поперечной плоскости и изменение взаимного расположения по вертикали верхних и нижних слоёв почвы.

Оборот пласта может быть полным, т. е. на угол β = 180° (рис., I), и частичным — 90° < β < 180°. Оборот пласта на угол до 135° называют взмётом (рис., II). Оборот пласта, у которого предварительно срезают часть задернелого слоя и сбрасывают на дно борозды, называют культурной вспашкой (рис., III).

При оборачивании заделывается дернина, растительные остатки, удобрения, осыпавшиеся семена и вегетативные органы размножения сорных растений, возбудители болезней и вредителей культур. Необходимость оборачивания обусловлена дифференциацией почвы пахотного слоя по плодородию, которая может быть сильно выраженной в увлажнённых районах при низкой культуре земледелия.

Под воздействием растений, удобрений, света, микроорганизмов, обработки верхний слой приобретает более высокую оструктуренность, биогенность и плодородие в сравнении с нижними слоями. В нём 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 тяжёлых, 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.

Рыхление

Рыхление почвы

Рыхление почвы — технологическая операция, при которой изменяется размер и взаимное расположение почвенных 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.

Степень рыхления оценивают по отношению толщины a₂ взрыхлённого слоя к его первоначальной толщине a₁. При рыхлении отношение a₂/a₁ > 1.

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.

Уплотнение

Уплотнение почвы

Уплотнение почвы изменяет взаимное расположение почвенных отдельностей с образованием более мелких пор. Уплотнение представляет собой процесс, обратный рыхлению. При уплотнении a₂/a₁ < 1. Уплотнение почвы уменьшает некапиллярную порозность, увеличивает объём 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 приём способствует лучшему контакту семян (особенно мелких) с почвой и улучшает подток воды нижних слоёв. В условиях недостатка тепла в весенний период уплотнённая почва лучше прогревается. Иногда уплотнение применяют для дробления крупных комков и при обработке рыхлых торфянистых почв.

Уплотнение выполняют катками с различной рабочей поверхностью и иными орудиями.

Экологические проблемы обработки почвы

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. Существующая технология обработки почвы за 30-40 лет привела к уменьшению содержания гумуса в пахотном слое чернозёмных почв на 0,8-1,1%, на склонах — на более 3,5% (ВНИИ земледелия и защиты почв от эрозии). 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.

Литература

• Баздырев Г. И., Лошаков В. Г., Пупонин А. И. и др. Земледелие. Учебник для вузов. М.: Издательство «Колос». 2000
• Никляев В. С. Основы технологии сельскохозяйственного производства. Земледелие и растениеводство. М.: «Былина». 2000
• Евтефеев Ю. В., Казанцев Г. М. Основы агрономии: учебное пособие. М.: ФОРУМ. 2013
• Халанский В. М., Горбачёв И. В. Сельскохозяйственные машины. М.: КолосС. 2004