UniversityAgro.ru » Земледелие » Углубление и окультуривание пахотного слоя различных типов почв

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:

  1. Более глубокому проникновению корневой системы растений в нижние слои почвы, что позволяет лучше использовать воду и питательные вещества корнеобитаемого слоя. 
  2. Накоплению воды в почве от атмосферных осадков и талых вод. По расчетам К.И. Болтяна, 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. Потенциальные запасы доступной для растений воды в 10-сантиметровой слое иллювиального горизонта составляют 16 мм для легкосуглинистых и 21 мм — для тяжелосуглинистых. Углубление пахотного слоя позволяет растениям лучше противостоят кратковременным весенне-летним засухам.
  3. Увеличению пористости и воздухоемкости почвы, улучшению газообмена, что позволяет растениям с мощной корневой системой полнее использовать подпахотные слои.
  4. 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% засоренность почвы и улучшить ее фитосанитарное состояние
  5. 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. В следствие углубления пахотного слоя, уменьшаются сток воды, смыв почвы и питательных веществ, снижается риск эрозионных процессов и повышается эффективность применения удобрений и средств химизации.
  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.

Недостатки глубокой обработки и углубления пахотного слоя

Несмотря на преимущества, глубокая обработка — это ресурсо- и энергоемкий 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, количеством атмосферных осадков и их распределением в течение вегетационного периода, агрофизическими свойствами почвы. Так, на черноземных почвах лесостепной зоны озимая и яровая пшеницы лучше отзываются на глубокие обработки по сравнению с озимой рожью и ячменем.

На черноземных и каштановых почвах под озимую пшеницу, кукурузу, подсолнечник целесообразно проводить глубокую вспашку на глубину 25-30 см. На дерново-подзолистых почвах глубокую обработку используют чаще, так как почва быстрее оседает и уплотняется. На легких 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 счет внесения органических и минеральных удобрений, извести. Урожайность при этом зерновых и пропашных культур повышается на 9-10%, что позволяет сделать вывод о том, что в увлажненных районах Нечерноземной 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 свекла, 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 — лен, 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 слоев.

Приемы 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 темно-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.

Согласно данным Рязанской ГСХА, 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. Урожайность культур в плодосменном севообороте на фоне высоких доз удобрений в среднем за 15 лет повысилась на 11,9-13,2 ц корм. ед. с 1 га. Кроме окультуривания почвы, повышается и стабильность получения урожаев, особенно в экстремальные по увлажнению годы.

Таким образом, в Нечерноземной зоне условиями углубления и окультуривания пахотного слоя являются внесение органических и минеральных удобрений, известкование, введение в севооборот посевов многолетних бобовых трав. В первую очередь приемы 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 Нечерноземной зоне, поэтому их используют при закладке плодовых питомников, садов и лесопосадке.

Таблица. Урожайность сельскохозяйственных культур при разной мощности создаваемого пахотного слоя на серых лесных почвах, ц. корм. ед. (среднее за 1971-1985 гг.; Л.В. Ильина)[1]

Приемы 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 + трехъярусная вспашка на 38-40 см
28,4
40,3
+11,9
+4,2

*Севооборот: картофель — ячмень — овес с подсевом клевера — клевер 1-го г.п. — клевер 2-го г.п. — озимая пшеница

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 горизонтом. 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 приема 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 расчет 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 черного 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 перекрестное 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
Корпус плуга с вырезным отвалом

Данный способ углубления сочетают с внесением органических удобрений и известкованием до его выполнения для лучшего перемешивания.

Схема вспашки плугом с вырезным отвалом и с предплужником
Схема вспашки плугом с вырезным отвалом и с предплужником: а - верхний и б - нижний слой пахотного горизонта, в - подпахотный горизонт

Глубокое безотвальное рыхление почвы подпахотного слоя

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.

Схема работы чизельного плуга
Схема работы чизельного плуга

Ярусная вспашка

К приемам коренного улучшения дерново-подзолистых и серых лесных почв относят двух- и трехъярусную вспашки, взаимно перемещающую соответственно смежные по глубине слои. Для этого используют двух- и трехъярусные плуги, например, ПТН-3-40.

Приемы углубления пахотного слоя черноземных и каштановых почв

Черноземные почвы

Условием рационального использования высокого потенциала естественного плодородия черноземных почв является создание мощного до 30-35 см пахотного слоя.

В углублении и окультуривании в большей степени нуждаются оподзоленные и выщелоченные черноземы. 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 черноземах для углубления применяют вспашка плугами с почвоуглубителями, вырезными корпусами и безотвальное глубокое рыхление, то есть приемы, 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 черноземных почвах с более мощным гумусовым слоем применяют разовое углубление путем вспашки плугами без предплужников на глубину 30-32 см. Предварительно почву обрабатывают тяжелыми дисковыми боронами на глубину 10-12 см, за счет чего обеспечивается лучше перемешивание удобрений и почвы припахиваемого слоя.

Положительно влияет на плодородие типичных и обыкновенных черноземов двухъярусная вспашка плугами ПНЯ-4-40, ПНЯ-6-40 на глубину 32-35 см под подсолнечник, сахарную свеклу и другие пропашные культуры. Двухъярусный плуг ПНЯ-6-40 снабжен шестью парами корпусов, которые расположенных в два яруса: корпуса верхнего яруса оснащены полувинтовыми отвалами, нижнего — культурными. За счет такой конструкции двухъярусная вспашка позволяет оборачивать верхний 0-20 см слой с одновременным рыхлением и оборачиванием нижнего.

Положительно влияет на агрофизические свойства черноземных почв приемы 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 тяжелые дисковые бороны, создающие мульчирующий слой.

Периодичность глубоких обработок на черноземных 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 влагоемкости, величине общей пористости, соотношению внутриагрегатной и межагрегатной пористости, они близки к черноземам.

Темно-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 слоев 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 засоленных 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 слоев. Поэтому глубину подпахотного рыхления увеличивают до 35-40 см и проводят его через 1-2 года.

Углубление пахотного слоя и приемы 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 придает солонцовым почвам щелочную реакцию (рН 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: черноземные и каштановые. Черноземные, луговые содовые солонцы встречаются в Черноземной 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 черноземных 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 ее проводят осенью, дополняя снегозадержанием, введением кулисных посевов и другими влагонакопительными приемами. 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.

Вносимый гипс устраняет избыток поглощенного натрия, усиливает коагуляцию почвенных частиц, способствуя образованию прочной комковатой структуры. Органическое вещество удобрений активизирует деятельность микроорганизмов почвы. Таким образом, улучшаются агрофизические, агрохимические и биологические свойства солонцов.

Для активации микробиологических процессов и улучшения физических свойств также применяют ярусную вспашку, при которой пахотный слой остается наверху, а уплотненный 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 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 (углекислого кальция) и гипса в глубоких горизонтах используют плантажную или трехъярусную вспашку на 40-45 см. Так, при трехъярусной 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, обогащенная почвенными коллоидами и солями кальция. В следствие взаимодействия гипса и поглощенного натрия устраняются избыток щелочности, солонцеватость, улучшаются физические, химические и биологические свойства почвы.

[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.