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.
Преимущества глубокой обработки отмечали в своих работах В. Р. Вильямс, Т. С. Мальцев, М. Г. Чижевский, П. М. Балев и другие. Академик В. Р. Вильямс считал, что никакой прогресс в сельскохозяйственном производстве немыслим при мощности пахотного слоя менее 20 см.
Преимущества глубокой обработки и углубления пахотного слоя
Увеличение мощности пахотного слоя и улучшение его физических свойств и аэрации при углублении способствуют:
- Более глубокому проникновению корневой системы растений в нижние слои почвы, что позволяет лучше использовать воду и питательные вещества корнеобитаемого слоя.
- Накоплению воды в почве от атмосферных осадков и талых вод. Углубление пахотного слоя дерново-подзолистой почвы с 20 до 30 см увеличивает запасы доступной воды на 110 т/га, или 11 т воды на каждый дополнительный 1 см слоя (расчёт К. И. Болтяна). Потенциальные запасы доступной для растений воды в 10-сантиметровой слое иллювиального горизонта составляют 16 мм для лёгкосуглинистых и 21 мм — для тяжелосуглинистых. Углубление пахотного слоя позволяет растениям лучше противостоят кратковременным весенне-летним засухам.
- Увеличению пористости и воздухоёмкости почвы, улучшению газообмена, что позволяет растениям с мощной корневой системой полнее использовать подпахотные слои.
- Эффективной борьбе с сорняками, болезнями и вредителями. Подрезание корней сорных растений на большой глубине способствует их гибели. Глубокая заделка семян и вегетативных органов размножения сорняков затрудняет их прорастание, ускоряет гибель вредителей и возбудителей болезней, в целом это позволяет снизить на 60-70% засорённость почвы и улучшить её фитосанитарное состояние.
- Разрыхлению почвы подпахотного горизонта и разрушению плужной подошвы, которая образуется при ежегодной вспашке на одну и ту же глубину и значительно ухудшающая водный и воздушный режимы подпахотного горизонта, что особенно нежелательно на глинистых почвах. Вследствие углубления пахотного слоя, уменьшаются сток воды, смыв почвы и питательных веществ, снижается риск эрозионных процессов и повышается эффективность применения удобрений и средств химизации.
- Уменьшению деформации почвы и большей устойчивости к переуплотнению под действием ходовых систем тракторов, почвообрабатывающих орудий и транспортных средств.
- Устойчивому функционированию агроэкосистемы благодаря потенциальному увеличению накопления органического вещества и энергии почвой.
Недостатки глубокой обработки и углубления пахотного слоя
Несмотря на преимущества, глубокая обработка — это ресурсо- и энергоёмкий технологический процесс, который не всегда окупается прибавкой урожая. Так, для увеличения пахотного слоя на 1 см расходуется 1 кг дизельного топлива или около 500 МДж/га.
Реакция культурных растений на глубокие обработки и углубление пахотного слоя
Растения по-разному отзываются на глубокие обработки почвы. Это зависит от биологических особенностей культуры, глубины проникновения корневых систем и способности усваивать труднодоступные питательные вещества, количества атмосферных осадков и их распределения в течение вегетационного периода, агрофизических свойств почвы. На дерново-подзолистых почвах глубокую обработку используют чаще, так как почва быстрее оседает и уплотняется. На лёгких по гранулометрическому составу почвах глубокая обработка проводится реже.
Моделирование различной мощности пахотного слоя (20, 30 и 40 см) серой лесной и дерново-подзолистой почв разной степени окультуренности показало, полевые культуры положительно отзываются на гетерогенное строение, при котором в верхней 20-сантиметровой части достигается более высокая степень оптимизации свойств почвы за счёт внесения органических и минеральных удобрений, извести. Урожайность при этом зерновых и пропашных культур повышается на 9-10%, что позволяет сделать вывод, что в увлажнённых районах Нечернозёмной зоны рационально окультуривать верхний 20-сантиметровый слой почвы.
На глубокие обработки до 28-32 см хорошо отзываются культуры с мощной глубокопроникающей стержнекорневой системой, например, сахарная и кормовая свёкла, подсолнечник и другие пропашные, а также бобовые. Эти культуры требуют хорошей аэрации, при которой содержание кислорода в почвенном воздухе составляет не менее 15%, количество углекислого газа — не более 1%.
На корнях бобовых культур при глубокой обработке интенсивнее развиваются клубеньковые бактерии и повышается активность азотфиксации. Поэтому в севооборотах глубокую обработку проводят дифференцированно, учитывая реакцию культур на мощность обрабатываемого слоя. Наиболее отзывчивы на глубокую обработку горох, вика, клевер, люцерна, кормовые корнеплоды. Культуры с мочковатой корневой системой — лён, озимая рожь, озимая пшеница, ячмень и другие зерновые почти не реагируют на глубокие и мелиоративные обработки, так как не предъявляют особых требований к агрофизическим свойствам почвы и плохо используют питательные вещества глубоких слоёв.
Приёмы углубления пахотного слоя на дерново-подзолистых и серых лесных почвах
Для создания глубокого плодородного пахотного слоя дерново-подзолистых, серых лесных и солонцовых почв применяют следующие способы:
- постепенное припахивание нижнего слоя с последующим его перемешиванием с почвой пахотного слоя;
- полное оборачивание пахотного слоя при одновременном рыхлении почвы подпахотного горизонта;
- глубокое безотвальное рыхление почвы подпахотного слоя.
При определении способа учитывают мощность пахотного горизонта, его гумусированность и наличие подзолистого слоя. На светло-серых суглинках с глубиной пахотного слоя менее 20 см и наличием подзолистого горизонта применяют способ постепенного на 3-4 см припахивания подпахотного слоя с одновременным внесением органических и минеральных удобрений и известкование. На таких почвах желательно сначала провести безотвальное рыхление подпахотного слоя для улучшения его свойств, а затем его припахивание. В результате в последующие годы мощность пахотного горизонта увеличивается до 26-28 см.
На серых и тёмно-серых лесных почвах, мощность гумусового горизонта которых составляет 25-45 см при содержании гумуса 3-5%, а подпахотные слои более гумусированы и оструктурены по сравнению с дерново-подзолистыми почвами, применяют разовое углубление до 25-27 см, а затем и до 30 см. Периодичность глубокой обработки в севообороте составляет 3-4 года. Её проводят в системе осенней обработки чистого и занятого паров или под пропашные культуры.
Наиболее эффективно комплексное окультуривание серых лесных почв, при котором проводят одноразовое углубление пахотного слоя до 30 см с внесением органических и минеральных удобрений, извести и посевом многолетних бобовых трав (Рязанский ГСХА). Урожайность культур в плодосменном севообороте на фоне высоких доз удобрений в среднем за 15 лет повысилась на 11,9-13,2 ц корм. единиц с 1 га. Кроме окультуривания почвы, повышается и стабильность получения урожаев, особенно в экстремальные по увлажнению годы.
Таблица. Урожайность сельскохозяйственных культур при разной мощности создаваемого пахотного слоя на серых лесных почвах, ц корм. единиц (среднее за 1971-1985 гг.; Л. В. Ильина).
| Приёмы создания пахотного слоя в севообороте* | Без удобрений | Навоз + NPK | Прибавка | |
|---|---|---|---|---|
| от удобрений | от углубления | |||
| Вспашка на 20-22 см | 26,8 | 36,1 | +9,3 | - |
| Вспашка на 28-30 см | 29,8 | 39,7 | +9,9 | +3,6 |
| Вспашка на 28-30 см + почвоуглубления до 38-40 см | 28,8 | 42,0 | +13,2 | +5,9 |
| Вспашка на 28-30 см + трёхъярусная вспашка на 38-40 см | 28,4 | 40,3 | +11,9 | +4,2 |
| * Севооборот: картофель — ячмень — овёс с подсевом клевера — клевер 1-го г. п. — клевер 2-го г. п. — озимая пшеницаcolcolcolcol | ||||
Таким образом, в Нечернозёмной зоне условиями углубления и окультуривания пахотного слоя являются внесение органических и минеральных удобрений, известкование, введение в севооборот посевов многолетних бобовых трав. В первую очередь приёмы углубления целесообразно применять на хорошо окультуренных почвах под посевы культур, положительно реагирующих на углубление, а также на склоновых землях. На низкоплодородных почвах необходимо повышать плодородие в 20-сантиметрового пахотном слое.
Из-за больших материальных и энергетических затрат способы углубления пахотного слоя не находят достаточно широкого применения в Нечернозёмной зоне, поэтому их используют при закладке плодовых питомников, садов и лесопосадке.
Постепенное припахивание нижележащего слоя с последующим его перемешиванием с почвой пахотного слоя
Выполняют обычными плугами с предплужниками в системе зяблевой обработки под пропашные культуры и в занятых парах. При этом припахивается часть подзолистого или смесь иллювиального и подзолистого горизонтов. Толщина припахиваемого слоя зависит от свойств подпахотного горизонта и степени окультуренности пахотного слоя. Как правило, припахивается 3-4 см, но не более 1/5 мощности пахотного слоя.
При реализации приёма из-за сильного разбавления гумусового слоя почвой подпахотного горизонта, при этом припахивается 300-600 т/га, снижается плодородие. Поэтому при углублении вносят органические и минеральные удобрения из расчёта 8-10 т/га органических на каждый припахиваемый сантиметр. Известкование применяют после припахивания вывернутого на поверхность слоя с последующим перемешиванием для более эффективной нейтрализации кислотности.
Углубление дерново-подзолистых, серых лесных и солонцовых почв лучше выполнять при осенней вспашке чёрного пара и весной — для раннего пара. В случае отсутствия в севообороте чистых паров, углубление проводят перед пропашными культурами. Перед озимыми и яровыми культурами углубление не проводят, так как это снижает урожайность в год посева.
Полное оборачивание пахотного слоя при одновременном рыхлении почвы подпахотного горизонта
Проводят плугами с почвоуглубителями, вырезными корпусами или плугами-рыхлителями, например, ПРК-4-4,0 и ПРУ-7-40. Вырезной корпус позволяет рыхлить на ширину захвата — 35 см, а почвоуглубитель только на ширину захвата лапы — 17 см. По этой причине выполняют перекрёстное рыхление в последующие годы. Глубина подпахотного разрыхляемого слоя составляет 8-10 см. Способ эффективен на подзолистых почвах с сильным уплотнением подпахотного слоя, почвах временного переувлажнения с оглеенным горизонтом и склоновых землях со среднесмытыми почвами.
Корпус плуга с вырезным отвалом
Схема вспашки плугом с вырезным отвалом и с предплужником: а — верхний и б — нижний слой пахотного горизонта, в — подпахотный горизонт.
Данный способ углубления сочетают с внесением органических удобрений и известкованием до его выполнения для лучшего перемешивания.
Глубокое безотвальное рыхление почвы подпахотного слоя
Схема работы чизельного плуга.
Предполагает оставление плодородного гумусового горизонта и части растительных остатков на поверхности поля с созданием мульчирующего слоя. При глубоком рыхлении происходит небольшое примешивание гумусового горизонта к почве подпахотного слоя. На степень перемешивания почвы влияет конструкция орудий. Хорошее рыхление на глубину до 30-40 см обеспечивают чизельные орудия, например, ПЧ-2,5, ПЧ-4,5, и плуги-рыхлители. Для безотвального углубления применяют также плуги конструкции Т. С. Мальцева, плоскорезы-глубокорыхлители типа параплау, плуги со снятыми отвалами и другие. Наибольший эффект безотвального рыхления достигается при его проведении под озимые, кукурузу, картофель, овощные и другие культуры. На склонах этот способ улучшает водопроницаемость и водопоглощение, уменьшает сток воды и смыв почвы. Под озимые глубина рыхления составляет 25-27 см, под пропашные — 30-40 см.
Ярусная вспашка
К приёмам коренного улучшения дерново-подзолистых и серых лесных почв относят двух- и трёхъярусную вспашки, взаимно перемещающую соответственно смежные по глубине слои. Для этого используют двух- и трёхъярусные плуги, например, ПТН-3-40.
Приёмы углубления пахотного слоя чернозёмных и каштановых почв
Чернозёмные почвы
Условием рационального использования высокого потенциала естественного плодородия чернозёмных почв является создание мощного до 30-35 см пахотного слоя.
В углублении и окультуривании в большей степени нуждаются оподзоленные и выщелоченные чернозёмы. Значительное уплотнение этих почв, равновесная плотность которых доходит до 1,25-1,30 г/см3, приводит к ухудшению аэрации, снижению активности микробиологических процессов, ухудшает питательный и водный режимы.
На оподзоленных и выщелоченных чернозёмах для углубления применяют вспашка плугами с почвоуглубителями, вырезными корпусами и безотвальное глубокое рыхление, то есть приёмы, которые не выносят на поверхность почву с неблагоприятными для роста растений свойствами. Глубина рыхления подпахотного слоя зависит от его свойств и составляет 8-12 см. Использование плугов с предплужниками и почвоуглубителями или вырезными корпусами позволяет хорошо перемешивать верхний гумусовый слой и вносимые удобрения с почвой подпахотного горизонта.
На склоновых землях применяют глубокое безотвальное рыхление на глубину 25-27 см с оставлением стерни на поверхности с помощью плоскорезов-глубокорыхлителей типа КПГ-250А, КПГ-2-150, ПГ-3-5, ПГ-3-100, а также чизельные орудия, плуги со стойками СибИМЭ, параплау и другие.
На типичных и обыкновенных чернозёмных почвах с более мощным гумусовым слоем применяют разовое углубление путём вспашки плугами без предплужников на глубину 30-32 см. Предварительно почву обрабатывают тяжёлыми дисковыми боронами на глубину 10-12 см за счёт чего обеспечивается лучше перемешивание удобрений и почвы припахиваемого слоя.
Положительно влияет на плодородие типичных и обыкновенных чернозёмов двухъярусная вспашка плугами ПНЯ-4-40, ПНЯ-6-40 на глубину 32-35 см под подсолнечник, сахарную свёклу и другие пропашные культуры. Положительно влияет на агрофизические свойства чернозёмных почв приёмы глубокого безотвального рыхления с использованием плоскорезов-глубокорыхлителей, орудий типа параплау с оставлением стерни на поверхности поля. Для заделки органических удобрений в верхнюю часть пахотного слоя применяют тяжёлые дисковые бороны, создающие мульчирующий слой.
Периодичность глубоких обработок на чернозёмных почвах составляет 4-5 лет.
Каштановые почвы
Каштановые почвы характерны для зоны сухих степей и формируются в условиях жаркого климата. По своим физическим и водным свойствам, прежде всего влагоёмкости, величине общей пористости, соотношению внутриагрегатной и межагрегатной пористости, они близки к чернозёмам.
Тёмно-каштановые почвы характеризуются содержанием более 3-4% гумуса и глубиной гумусового горизонта до 20-40 см. На таких почвах целесообразно проводить однократное углубление пахотного слоя с помощью вспашки на глубину 25-27 см.
Светло-каштановые почвы характеризуются менее благоприятными водными и физическими свойствами: содержание гумуса менее 3%, мощность гумусового горизонта — менее 20 см. Поэтому эти почвы нуждаются в углублении и окультуривании. Наиболее эффективным способом углубления является вспашка на глубину гумусового горизонта с рыхлением подпахотных слоёв на 8-10 см при одновременном внесении органических и минеральных удобрений.
На солонцеватых каштановых почвах предварительно проводят гипсование вспаханной почвы для устранения избытка обменного натрия. На луговых каштановых засолённых почвах вспашку выполняют на глубину залегания надсолонцового слоя, с одновременным рыхлением подпахотного горизонта до глубины 32-35 см.
Применение систем орошения на каштановых почвах приводит к их чрезмерному уплотнению и ухудшению физических свойств как пахотного, так и подпахотного слоёв. Поэтому глубину подпахотного рыхления увеличивают до 35-40 см и проводят его через 1-2 года.
Углубление пахотного слоя и приёмы улучшения плодородия солонцовых почв
Солонцовые почвы из-за ряда неблагоприятных для растений агрохимических и агрофизических свойств не позволяют использовать их для выращивания культур без коренного улучшения плодородия. Наличие обменного натрия придаёт солонцовым почвам щелочную реакцию (pH 8-9), что способствует диспергированию и смыву почвенных коллоидов вниз по профилю и ухудшает структурированность. При увлажнении солонцы набухают, повышается вязкость, снижается водопроницаемость, при высыхании они цементируются, что сильно затрудняет их обработку и препятствует глубокому проникновению корневых систем растений.
Для окультуривания солонцовых почв применяют комплекс мероприятий по коренному их улучшению, включающий:
- углубление пахотного слоя;
- гипсование;
- внесение органических и минеральных удобрений;
- введение посевов солеустойчивых растений;
- мероприятия по влагонакоплению.
Выбор мероприятий зависит от глубины солонцового горизонта, его мощности, солевого состава, уровня грунтовых вод и других показателей.
В России наиболее распространены автоморфные солонцы: чернозёмные и каштановые. Чернозёмные, луговые содовые солонцы встречаются в Чернозёмной зоне, например, в Зауралье и Западной Сибири, характеризуются щелочной реакцией, близким уровнем залегания грунтовых вод, с риском вторичного осолонцевания. Для улучшения их свойств необходимы глубокая обработка и гипсование.
Каштановые степные солонцы распространены в зоне каштановых почв, например, в Среднем и Нижнем Поволжье, Восточном Предкавказье, юге Западной Сибири. Характеризуются нейтральной реакцией, глубоким уровнем грунтовых вод, что замедляет поступление солей в корнеобитаемый слой. Для улучшения этих почв достаточно глубокой обработкой без внесения гипса.
На мелких и среднестолбчатых чернозёмных солонцах с глубиной надсолонцового горизонта 10-18 см, в отсутствии гипсового горизонта, эффективно периодическое безотвальное рыхление на 25-28 см. Вовлечение в пахотный горизонт солонцового резко снижает его плодородие. Поэтому одновременно проводят гипсование и вносят органические и минеральные удобрения. Перед глубокой обработкой вносимые удобрения и мелиоранты перемешивают с верхним надсолонцовым слоем почвы с помощью дисковых или фрезерных орудий на глубину 10-12 см. Для повышения эффективности мелиорации её проводят осенью, дополняя снегозадержанием, введением кулисных посевов и другими влагонакопительными приёмами. В последующие годы к гумусовому слою припахивают почву с улучшенными свойствами солонцового горизонта.
Солонцовые почвы сразу глубоко вспахивать нельзя, так как большое количество щелочных солей нижних горизонтов при перемещении на поверхность резко снижают плодородие. Пахотный слой таких почв углубляют постепенно с одновременным внесением гипса и органических удобрений.
Для активации микробиологических процессов и улучшения физических свойств также применяют ярусную вспашку, при которой пахотный слой остаётся наверху, а уплотнённый солонцовый перемешивается с нижележащим карбонатным.
Глубокостолбчатые солонцы с расположением солонцового слоя на глубине более 18 см, обрабатывают плугами с предплужниками и почвоуглубителями или с вырезными корпусами с полным захватом надсолонцового слоя. При этом полную дозу гипса вносят перед вспашкой для того, чтобы мелиорант сбрасывался предплужником на дно борозды и с помощью рыхлящей лапы перемешивался с солонцовым горизонтом.
Эффективность окультуривания солонцовых почв усиливается при последующих посевах в севообороте солеустойчивых растений, например, донника, житняка, люцерны, сорго и др.
На слабосолонцеватых степных солонцах с содержанием натрия менее 10% глубокие мелиоративные обработки без гипсования наиболее эффективны.
На каштановых степных солонцовых почвах при небольшой мощности надсолонцового слоя и неглубоком залегании в профиле гипсоносного возможно улучшение с помощью глубокой на 30-35 см вспашки с последующим перемешиванием гипсоносного слоя с гумусовым, а также внесение органических и минеральных удобрений.
На почвах со средним и глубоким расположением солонцового горизонта при наличии карбоната кальция и гипса в глубоких горизонтах используют плантажную или трёхъярусную вспашку на 40-45 см. Так, при трёхъярусной вспашке плугами ПТН-340 верхний гумусовый слой оборачивается, а солонцовый меняется местами с иллювиальным. При дальнейших обработках почвы в севообороте к гумусовому слою припахивается почва иллювиального, обогащённая почвенными коллоидами и солями кальция. В следствие взаимодействия гипса и поглощённого натрия устраняются избыток щёлочности, солонцеватость, улучшаются физические, химические и биологические свойства почвы.
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