Влияние разных по интенсивности систем обработки на агрофизические свойства почвы и урожайность полевых культур

Введение

В настоящее время применяемые в сельскохозяйственном производстве технологии крайне упрощены вследствие тяжелого финансового положения хозяйств, низкой технической оснащенности. В основном используются традиционные технологии при производстве сельхозпродукции и лишь на весьма ограниченных площадях ресурсосберегающие. В связи с этим средняя урожайность зерновых культур в нашей стране не превышает 1,7 т/га, а продукция производится с повышенными затратами из-за дорогих энергоносителей.

По мнению ученых Россельхозакадемии главным средством преобразований в инженерно-технологической сфере становиться освоение эффективных технологий производства продукции, подразумевающие использование адаптивно-ландшафтных систем земледелия. Практический опыт применения влаго- и ресурсосберегающих технологий в основных зонах возделывания сельхозкультур показал, что данные технологии имеют ряд преимуществ перед традиционными.

Для дерново-подзолистых глееватых почв Нечерноземной зоны, занимающих каждый шестой гектар пашни, была предложена система рациональной ресурсосберегающей почвозащитной обработки почвы, устраняющая неблагоприятные последствия, свойственные большинству современных технологий.

Поэтому сегодня определяющей задачей является изучение и адаптация данной технологии на различных почвенных разностях. Вопрос о влиянии удобрений на агрофизические свойства почвы также во многом противоречив и требует уточнения.

Глава I. Обзор литературы

Влияние разных по интенсивности систем обработки на агрофизические свойства почвы и урожайность полевых культур

Механическая обработка почвы является одним из старейших элементов систем земледелия. Пройдя путь в развитии от примитивных приемов до современных, она осталась самым важным, трудоемким и проблематичным агротехническим блоком систем земледелия.

Провоцируя процессы, непрерывно идущие в почве, механическое воздействие во многом определяет и уровень ее плодородия. С явлением в XVIII веке стального плуга земля, находившаяся в сельскохозяйственном использовании, стала подвергаться глубокой обработке с оборотом пласта. Это позволило значительным образом снизить засоренность и повысить урожайность возделываемых культур. Однако со временем такой прием обработки почвы стал подвергаться критике, что явилось причиной развития дискуссии о направленности и характере изучения различных систем обработки.

За все время существования земледелия как науки особое место занимает вопрос о необходимости проведения ежегодной отвальной обработки. Однако на разных этапах развития доминировала либо отвальная, либо безотвальная система обработки почвы. Так, необходимость проведения ежегодной вспашки, рекомендованная В.Р. Вильямсом [4], была признана несостоятельной благодаря таким ученым, как И.Е. Овсинский [30], Т.С. Мальцев [23], А.И. Бараев [1] и др.

Разница во взглядах определялась главным образом в воздействии систем обработки на основные показатели плодородия почвы.

С категоричной оценкой выступает Н.К. Шикула [51], который утверждает, что вспашка черноземов после нескольких лет безотвальных обработок – это не просто потеря одного года, а это возврат плодородия почвы к его исходному состоянию.

Академик В.Р. Вильямс так определил существенное свойство структурной почвы – растение на этой почве всегда обладает и максимальным количеством воды в каждом комке и максимальным количеством пищи.

Основная цель, преследуемая обработкой почвы, создание благоприятных условий для прорастания семян, роста и развития культурных растений, достигается изменением агрофизических свойств почвы.

По мнению Р. Марсунова [24], ресурсосберегающие технологии – основа решения многих проблем земледелия, развитие таких технологий основано на совершенствовании системы основной и предпосевной обработки почвы. Им представлены основные особенности обработки, получившие в последнее время относительно широкое развитие:

– высокая влагонакопительная и почвозащитная эффективность безотвального рыхления почвы и сохранения на поверхности поля пожнивных остатков.

– возможность перехода при оптимальных агрофизических свойствах почвы без ущерба для урожая к мелким безотвальным и отвальным обработкам.

По мнению Соколовой Л.С., исследования технологических процессов, транспортного обеспечения, производительности, работоспособности и поддержания сельскохозяйственной техники с точки зрения системного анализа позволяет выявить резервы производства организационного и технического характера засчет использования ресурсосберегающих технологий и соответствующего технического обеспечения.

Следует отметить, что целесообразно использовать технологии, которые наиболее эффективны для существующих условий эксплуатации техники, а также с учетом выявления внутренних резервов, применения технологий и подготовки кадров механизаторов [37].

Научной основной для минимальной обработки почвы служит установление закономерность: почвы с высоким содержанием гумуса (3,5% и выше) не нуждается в интенсивных обработках для регулирования агрофизических свойств. Такие почвы способны поддерживать оптимальную для большинства культур растений плотность под влиянием естественных факторов [6].

Плотность почвы – важнейшая характеристика её физического состояния. В излишне уплотнённых почвах чаще, чем в рыхлых, нарушается воздухо- и газообмен, повышается содержание недоступной влаги, а для усвояемой – практически не остаётся места. Чрезмерно рыхлая почва не способна удерживать влагу, в ней нет необходимого контакта почвенных частиц с прорастающими семенами, а в дальнейшем – и с корневой системой растений [19]. Это очень динамичная и вместе с тем информативная величина, т.к. даёт представление о соотношении пор и твёрдой части почвы [17].

От плотности почвы зависит выбор системы её обработки. На хорошо оструктуренных почвах с хорошими физическими свойствами количество рыхлений можно сократить до минимума [17].

Плотность почвы может быть оптимальной и равновесной. При оптимальной плотности складываются наиболее благоприятные условия для роста и развития растений. В естественных условиях под действием сил уплотнения и разуплотнения в почве наступает равновесное состояние между твёрдой фазой и пористостью, называемое равновесной плотностью. Структурная почва имеет наименьший интервал значений между оптимальной и равновесной плотностью. В условиях засушливого года уровень оптимальной плотности повышается. Равновесная плотность зависит от фракционного состава и содержания гумуса. Так, чем больше крупных и средних фракций пыли, тем больше равновесная плотность, а чем больше гумуса в почве, тем меньше её равновесная плотность [17].

Исследованиями, проведёнными Рязанским и Горьковским СХИ установлено, что наибольшая продуктивность большинства культур достигается при оптимальной плотности суглинистой и глинистой почвы, которая колеблется в интервале 1,1-1,3 г/см³. Однако равновесная плотность почв значительно выше этих показателей – 1,35-1,50 г/см³ [32].

На опытах Т.А. Трофимова и С.И. Коржова [39] было установлено, что при отвальной обработке под сахарную свеклу слой почвы 0-30 см был менее уплотнен по сравнению с мелким рыхлением. Наблюдалось существенное увеличение плотности почвы в слой 20.-30 см в варианте с дискованием по сравнению со вспашкой независимо от приемов повышения плодородия.

Проанализировав исследовательские работы В. Лобкова и А. Новиковой и А. Забродкиной [20], можно сделать вывод, что энергосберегающие обработки почвы эффективны, что проявляется в следующем: незначительно увеличивается плотность почвы, при этом остается на уровне равновесной, засоренность культур увеличивается незначительно, а урожайность по вариантам обработки почвы немного отличается, несмотря на экономию ГСМ, сокращение издержек производства при минимальной обработке почвы.

В исследованиях Т.И. Перегуда, А.Н. Воронина и Б.А. Смирнова на опытном поле Ярославской ГСХА [31] проведение системы поверхностно – отвальной обработки способствовало существенному снижению плотности почвы в слое 0-10 см с 1,11 до 1,09 г/см³. Это объясняется созданием бездефицитного баланса гумуса, путем периодического оборота пласта, что способствует улучшению условий структурообразования.

В опытах И.Г. Мельцаева и А.А. Борина [27] в контрольном варианте плотность почвы в слое 0-30 см составила 1,31 г/см³, при обработке тяжёлой дисковой бороной – 1,33 г/см³. По ярусной вспашке – на 25-27 см плотность дерново-подзолистой почвы была 1,28 г/см³, серой лесной – 1,22 г/см³.

В своей работе Н.В. Шелухина выявила, что значения плотности сложения почвы в слое 10-15 см не зависел от способа основной обработки почвы, а в слое 15-30 см существенно различался. Если в верхнем слое плотность почвы в варианте со вспашкой и культивацией составил 0,92 г/см³, а при использовании чизеля – 0, 93 г/см³, то в нижнем – обработка культиватором привела к уплотнению почвы до 1,08 г/см ³, что превысило контроль на 0, 11 г/см³ [50].

Вместе с тем не стоит сильно увлекаться энергосбережением. В исследованиях Т. Трофимовой и А. Черенкова особенно сильное уплотнение почвы прослеживается в конце вегетации сельскохозяйственных культур в горизонте 10-20 см и 20-30 см по нулевой обработке почвы; плотность составила 1,57 и 1,40 г/см³ [39] .

Влажность почвы. Наилучшие условия для роста и развития растений достигаются при наличии достаточного количества влаги в корнеобитаемом слое.

В естественном состоянии ненарушенной почвы вода сосредоточена внутри капиллярных каналов, образованных остатками корневой системы, ходами червей, насекомыми и т.п. По мнению А.И. Калинина, знание закономерностей движения почвенной влаги позволяет выбрать такие технологические приёмы в системе земледелия, применение которых не нарушает его, и обеспечивает наиболее благоприятные условия для развития корней растений [14].

В работе А.В. Тюлькиной почвенно-гидрологические показатели дерново – подзолистой почве относительно устойчивы, поскольку их значение зависит от изменения содержания гумуса и гранулометрического состава [41].

В исследованиях Т.И. Перегуда, А.Н. Воронин, Б.А. Смирнов на дерново-подзолистых среднесуглинистых почвах [31], изучаемые системы обработки почвы обусловили существенное увеличение влажности по всем слоям пахотного горизонта в сравнении с отвальной обработкой, что объясняется лучшим развитием культуры на этих вариантах

В своей работе М.Л. Цветков и В.Е. Мусохранов пришли кто что, в подавляющем большинстве случаев наибольшие запасы продуктивной влаги в метровом слое почвы под яровой пшеницей по обоим предшественникам были отмечены на фоне глубокой плоскорезной обработки. Наряду с этим хотелось бы отметить, для подавляющего большинства случаев, тенденцию снижения запасов продуктивной влаги в обозначенном слое от глубокой плоскорезной к поверхностной обработке [44].

Твёрдость почвы представляет собой способность почвы противостоять расклинивающему влиянию извне. Поскольку твёрдость почвы находится в функциональной связи с размером составляющих почвенных агрегатов и плотностью, а также непосредственно определяет условия произрастания растений, применение её в качестве критерия обработки является обоснованным [9].

Опыты К.И. Саранина и Н.А. Старовойтова [35] показали, что твёрдость почвы на плоскорезной и поверхностной обработках в фазу колошения ржи выше – на 10-12 кг/см² по сравнению со вспашкой даже при благоприятной влажности почвы. Они же на 6-8 год проведения поверхностных обработок наблюдали заметное негативное изменение твёрдости почвы, выявляющее потребность в её механическом разрыхлении.

На 35-й год исследований в опытах РГАУ-МСХА чизельная обработка, проводимая на делянках ежегодно, способствовала увеличению твёрдости почвы на глубине 20 см. Возможно, это связано с большим количеством глыбистой фракции в целом по слою 0-30 см. На глубине 10 и 15 см отмечалась тенденция роста твёрдости от отвальной к нулевой и поверхностной обработки с минимальным значением на ежегодной чизельной. На глубине 5 см максимальное значение твёрдости наблюдалось на делянках, где проводилась ежегодная поверхностная обработка. Минимальное значение твёрдости в этом слое на делянках с ежегодной нулевой обработкой [6].

Урожайность полевых культур является важнейшим показателем, обуславливающим эффективность проводимых агроприёмов. Обработка почвы, несомненно, оказывает значительное влияние на этот показатель.