Проблемы энергосбережения и уплотнения почвы

Вред, причиняемый чрезмерным уплотнением почвы

Применение тяжёлых почвообрабатывающих машин и транспортных средств при существующей многооперационной технологии ухода за почвами и культурами приводит к чрезмерному уплотнению почвы под воздействием ходовых систем.

Уплотнение почвы приводит к:

• уменьшению водопроницаемости и переувлажнённости верхнего слоя, что усиливает водную эрозию;
• образованию поверхностной корки при иссушении уплотнённой почвы;
• ухудшению газообмена;
• некачественной заделку семян и снижению полевой всхожести, например, всхожесть ячменя снижается на 27-30%, озимой пшеницы — на 23,4%;
• сокращению численности полезных микроорганизмов;
• замедлению микробиологических и окислительно-восстановительных процессов, уменьшая тем самым доступность растениям питательных веществ;
• снижению на 24-30% эффективности удобрений.

Потери урожайности зерна с каждого гектара из-за уплотнения составляет 0,82-1,24 т, а перерасход дизельного топлива — 2,5-3,5 кг. Наиболее ощутимые потери отмечаются в увлажнённых районах.

Однократный проход трактора уплотняет почву на глубину до 45 см, при многократных, особенно трактора К-700 — до 50-60 см. Последствие уплотнения устойчиво проявляется в течение нескольких лет, особенно в подпахотных слоях.

При выращивании культур машинно-тракторные агрегаты совершают 5-15 проходов по полю, уплотняя пахотный и подпахотный слои почвы. Только в период предпосевной обработки и посева ходовые системы техники покрывают до 80% площади поля, а посадки картофеля, сахарной свёклы и других пропашных культур только в течение весеннего периода подвергаются 3-5 кратному воздействию агрегатов. Суммарная площадь их следов при выполнении всего комплекса полевых работ достигает 100-200% площади поля.

При посеве с использованием тракторов ДТ-75 прямой и косвенной деформации подвергается 21,6% площади поля, тракторами Т-150К — 29,4%, тракторами К-700 в агрегации с тремя сеялками — 39% (кафедра земледелия МСХА). Плотность сложения дерново-подзолистой почвы по следу колёсных тракторов повышается на 0,1-0,3 г/см³, достигая при этом 1,35-1,55 г/см³, что существенно выше оптимальной плотности почвы для полевых культур. Урожайность культур в зернопропашном севообороте вико-овсяная смесь — озимая пшеница — ячмень — картофель снизилась в среднем за 10 лет на 6-22% от уплотняющего воздействия тракторов. Наибольшее снижение наблюдалось от колёсных тракторов Т-150К, К-700.

Таблица. Масса тракторов и удельное давление ходовых систем на почву.

При зяблевой вспашке на глубину 20-22 см дерново-подзолистой среднесуглинистой почвы Нечернозёмной зоны на глубине 20-80 см плотность за 10 лет использования тракторов Т-150К и К-700 возросла на 0,1-0,15 г/см³, достигая величины 1,38-1,62 г/см³ (МСХА им. К. А. Тимирязева).

Согласно данным многолетних опытов Северо-Кавказского филиала ВНИИ механизации сельского хозяйства, на чернозёмах удельное сопротивление почвы при вспашке на 20-22 см по следам лёгких колёсных и гусеничных тракторов больше на 12-15%, чем вне следов, а по следам тракторов Т-150К и К-701 — на 44%. При этом ухудшалось качество крошения пласта почвы: вне следов степень крошения пласта составляла 87%, а по следам тракторов Т-150К — 83%, К-701 — 56%. Уплотняющее воздействием этих тракторов распространяется на глубину 40-60 см, максимально — до 1 м.

Допустимое удельное давление для большинства почв составляет 0,4-0,5 кг/см², максимальное — 1,0-1,5 кг/см². Однако энергонасыщенные колесные тракторы имеют показатель до 3-4 кг/см² и более. По уровню уплотняющего воздействия на почву отечественные тракторы можно расположить в следующем порядке: ДТ-75 < МТЗ-52, МТЗ-100< МТЗ-82 < Т-150К, К-700 < К-701.

Переуплотнение почвы приводит к ухудшению агрофизических, биологических и агрохимических свойств. При постоянной глубине обрабатываемого слоя образуется плужная подошва — чрезмерно уплотнённая прослойка, отрицательно влияющая на водный, воздушный и тепловой режимы почвы.

Наиболее сильное переуплотнение происходит при повышенной влажности почвы. По этой причине оптимальной для обработки почвы является состояние физической спелости, которая находится в пределах влажности для дерново-подзолистых почв — 12-21%, серых лесных — 15-23%, чернозёмных — 15-24%. Для всех типов почв рекомендуемая для обработки влажность не выше 65-70% НВ. Допустимое давление на влажную почву при 60% НВ для ранневесеннего боронования составляет 0,3-0,4 кг/см², в период предпосевной обработки — 0,5-0,6 кг/см², основной обработки — не выше 1-1,5 кг/см². Потеря урожая полевых культур в звене зернопропашного севооборота вико-овсяная смесь — озимая пшеница — ячмень — картофель в среднем за две ротации составила 6-22% в зависимости от уплотняющего действия тракторов. Наибольшее снижение отмечено при использовании тракторов Т-150К и К-700.

Суммарные потери урожая зерновых культур от переуплотнения почв по России достигают 13-15 млн т, сахарной свёклы — более 2 млн т, зерна кукурузы — около 0,5 млн т (Почвенный институт им. В. В. Докучаева, расчёт).

Таблица. Действие ходовых систем тракторов на урожайность полевых культур в условиях Нечерноземья, ц/га (Н. С. Матюк, в среднем за 10 лет, 1993).

Обработка уплотнённых почв связана с увеличением энергозатрат. Согласно расчётам, расход топлива при обработке уплотнённых почв резко возрастает, например, при вспашке более чем на 1 млн т в год.

Основной причиной снижения урожаев культур при уплотнении почвы является ухудшение условий для образования мощной корневой системы и активной её деятельности. По данным сельскохозяйственной опытной станции штата Миннесота (США), увеличение плотности суглинистой почвы с 1,16 до 1,38 г/см² приводит к уменьшению длины корней гороха в 6,2 раза, а массы — в 1,9 раз. Уплотнение почвы обуславливает формирование поверхностной корневой системы, что сказывается на минеральном питании растений, которое ухудшается на 36-42% даже при достаточном обеспечении влагой.

Меры по снижению уплотнения почвы

Основой системы мероприятий по ограничению уровня воздействия тяжёлой техники на почву являются предупредительные меры, направленные на сокращение числа проходов техники и разуплотнение почвы при её обработке, внесение повышенных доз органических удобрений и обогащение органическим веществом, известкование или гипсование, улучшение структуры.

Для предупреждения переуплотнения почву обрабатывают при достижении физической спелости. На всех типах почв обработку выполняют при влажности не более 60-70% ПВ.

Допустимые пределы нагрузки на влажную (60% НВ) дерново-подзолистую суглинистую почву при ранневесеннем бороновании составляют 0,3-0,4 кгс/см², в период предпосевной обработки — 0,5-0,6, при основной — 1,0-1,25 кгс/см² (РАСХН). Для типичного тяжелосуглинистого чернозёма давление на почву при основной обработке не должно превышать 0,8-1,0 кгс/см², при посеве и предпосевной обработке — 0,4-0,6 кгс/см².

Для снижения переуплотнения почвы при проведении ранневесенних работ, например, бороновании зяби, посеве и предпосевной культивации, необходимо использовать гусеничные тракторы или тракторы со сдвоенными шинами, пневмогусеницами и, по-возможности, избегать применение колёсных тракторов типа Т-150К, К-701. Особенно большой ущерб ходовые части тракторов наносят посевам озимых зерновых и травам при ранневесенних подкормках азотными удобрениями. Тяжёлые разбрасыватели удобрений уплотняют почву, поэтому для проведения подкормок целесообразно применять авиацию или тракторы с пневмогусеницами.

При использовании колёсных тракторов их агрегатируют таким образом, чтобы колея трактора совпадала с колеёй прицепного орудия. След трактора и прицепного орудия на предпосевных работах дополнительно рыхлят, а глубину по следу увеличивают на 3-4 см. Заправки агрегатов семенным материалом, удобрениями, гербицидами или топливом выполняют вне поля или на специально отведенных дорогах.

Оптимизация маршрутов движения сельскохозяйственной техники по полю является важной предупредительной мерой предотвращения чрезмерного переуплотнения почвы. Для этого устанавливают постоянные маршруты (колеи) передвижения агрегатов во время посева, ухода за растениями. Движение техники по постоянным маршрутам при использовании одних и тех же марок позволяет снизить площадь уплотнения почвы в 1,7-2,7 раза по сравнению с неконтролируемым движением.

При уходе за пропашными культурами повторное движение техники должно осуществляться по одной и той же колее, по которой выполняли посадку. Несоблюдение этого правила приводит к повреждению растений рабочими органами культиватора, так как ширина стыковых междурядий не всегда выдерживается при посеве.

Минимизация обработки почвы предусматривает уменьшение количества проходов техники по полю, что достигается совмещением нескольких технологических операций и приёмов и выполнением их в одном рабочем процессе. Такой подход позволяет в 2-3 раза уменьшить число проходов по полю.

Снижение уплотнения почвы достигается заменой или уменьшением числа глубоких обработок поверхностными и мелкими за счёт использования широкозахватных высокопроизводительных агрегатов на слабозасорённых полях. Так, в условиях степной зоны зяблевую вспашку под ранние яровые зерновые заменяют плоскорезной обработкой с использованием широкозахватных агрегатов, например, КПШ-9, КПШ-5, КПШ-11.

Разуплотнение почвы механическими обработками достигается разноглубинной обработкой почвы в севообороте; сочетанием отвальной и безотвальной обработок; плоскорезной, дисковой, чизельной и др. Такие системы позволяют уменьшить нагрузку на почву и площадь уплотнения на 30-40%.

Эффективным приёмом разуплотнения почвы подпахотных горизонтов является периодическое, проводимое один раз в 3-4 года, чизелевание на глубину 30-40 см. Глубокое чизелевание разрушает плужную подошву, разрыхляет уплотнённый подпахотный слой, улучшает водо- и воздухопроницаемость. Для этого используют чизельные глубокорыхлители ПЧ-2,5, ПЧ-4,5, плуги-рыхлители ПРПВ-5-50, плоскорезы-глубокорыхлители, орудия для безотвальной обработки типа параплау, плуги с вырезными корпусами.

Наибольшая эффективность глубокого рыхления подпахотных слоёв достигается при возделывании пропашных культур: кукурузы, картофеля, сахарной свёклы и других, а также озимых культур. Урожайность пропашных при этом возрастает на 15-20%.

Приёмы глубокого рыхления выполняют и в системе контурно-мелиоративного земледелия. На почвах, подверженных риску водной эрозии, глубокое рыхление поперёк склона способствует переводу стока воды по поверхности во внутрипочвенный, увеличивая запасы воды и снижая смыв почвы.