Оптимизационная модель физического состояния пахотного горизонта чернозёмных почв Западной Сибири

Плотность сложения зависит от гранулометрического состава материнской породы, естественных и антропогенных факторов почвообразования [1]. Немаловажным фактором формирования определенной плотности сложения является гумус, причем очень важна как количественная, так и качественная его характеристика. Именно гумус формирует определенный структурно-агрегатный состав почвы и отвечает его за водопрочность. В связи с этим диапазон оптимальной плотности, при которой складываются благоприятные водно-физические условия жизни растений и проявляются их потенциальные возможности нельзя характеризовать лишь равновесной плотностью, которая бывает в почве в период без длительной механической обработки, то есть плотностью целинной почвы.

В значительной мере параметры оптимальной плотности зависят от влажности почвы и интенсивности использования минеральных удобрений. Как отмечают Н. В. Абрамов и Д. И. Ерёмин [2], многолетнее использование минеральной системы удобрений привело к ухудшению водопрочности почвенных агрегатов, тем самым нарушилась водопроницаемость верхних слоев чернозема выщелоченного. В совокупности с другими факторами это стало причиной увеличения плотности сложения. Также, В. В. Рзаева и Д. И. Ерёмин, проведя детальный анализ, установили, что механические обработки поддерживают плотность сложения на одном уровне за счет увеличения межагрегатной порозности, но при этом уплотнение идет в самих структурных отдельностях [3,4]. Это приводит к серьезному ухудшению условий произрастания культурных растений.

Азотные удобрения, в частности аммиачная селитра, в сухие годы способны изменять плотность сложения в сторону более рыхлых, а во влажные — делают почву более плотной. Причиной этого является диспергация структурных отдельностей и формирование новой структуры во влажной почве. Влияния фосфорных удобрений на плотность сложения пахотных почв не установлено.

Как показали исследования, равновесная плотность пахотных почв, устанавливаемая с середины лета, превышает оптимальную, вследствие чего развитие сельскохозяйственных культур протекает в неблагоприятных условиях. Поэтому задачей земледелия является разработка путей оптимизации плотности пахотного слоя почв.

Условия иметоды исследований

Исследования проводились на опытных полях и стационарах Государственного аграрного университета Северного Зауралья. Изучалось влияние различной степени уплотнения пахотных почв на урожайность сельскохозяйственных культур.

Почва опытного участка — тяжелосуглинистый выщелоченный чернозём. Средняя мощность гумусового горизонта составляет 30–35 см, содержание гумуса в слое 0–20 см составляет 6,00 %, в слое 20–40 см — 3.77 %. Содержание нитратного азота перед закладкой опыта в слое 0–20 см — 5.0 мг/кг, в слое 0–40 см — 4.5 мг/кг почвы. Подвижного фосфора и обменного калия в слое 0–20 см — 9.7 и 22.3 мг/100 г почвы соответственно, а в слое 0–40 см — 7.3 и 14.8 мг/100 г почвы.

В почве определяли физические показатели почвы по общепринятым методикам. Математическая обработка урожайных данных проведена с помощью программного продукта “Odn1”, разработанного на кафедре ЭММ и ВТ нашего университета.

Результаты исследований

Исследования показали, что яровая пшеница, как и остальные зерновые культуры в сильной степени реагирует на плотность сложения пахотного горизонта. Излишне рыхлая почва (до 1,0 г/см³) способна уменьшить урожай зерновых культур на 30–40 % от планируемой урожайности (рис. 1). Причиной этого является тот факт, что корни растений не имеют плотного контакта с твердой фазой почвы из-за очень высокой пористости верхнего слоя почвы. Помимо этого в летний период рыхлая почва быстро иссушается, что приводит к угнетению растений [5]. Для излишне рыхлой почвы требуется прикатывание, что является простым, но в тоже время действенным способом регулирования плотности.

Рис. 1. Зависимость урожая яровой пшеницы в относительных единицах от плотности сложения чернозема

Другое дело — переуплотнение. Плотность сложения более 1,3 г/см³ приводит к резкому снижению урожайности. Уже при плотности 1,5 г/см³ урожайность яровой пшеницы уменьшилась на 60 % от планируемой величины. Существует мнение, что разрыхлить почву не составляет большого труда — достаточно провести культивацию или боронование, но, как мы уже говорили, проблема кроется в уплотнении почвенных агрегатов, следовательно, процесс удержания воды, аэрация и питание растений будут нарушены [6]. К сожалению, приходится признать, что агротехнические мероприятия не способны уменьшить плотность почвенных агрегатов и увеличить внутриагрегатную порозность. Для этого необходимо применение органических удобрений или сидератов, выращивание многолетних трав. Именно они способны улучшить жизнедеятельность микроорганизмов, восстанавливающих физические показатели почвы.

Еще один аспект уплотнения — переуплотнение подпахотного слоя. Каждый аграрий, работающий на земле, сталкивается с этой проблемой. Порой формирование плужной подошвы не видно с поверхности и не отражается в начале на выращиваемых растениях. Но когда она полностью сформирована — происходит резкое снижение урожайности любых сельскохозяйственных культур. Причиной формирования переуплотненного подпахотного слоя является многократный проход тяжелой техники по полю. Однако есть и еще одна причина, которая намного серьезнее первой. При анализе гранулометрического состава Д. И. Ерёмин установил, что в пахотных почвах Западной Сибири происходит миграция мелкой и средней пыли из пахотного слоя в нижележащий [7]. Это приводит к закупорке пустот, тем самым нарушается влаго- и воздухообмен в почве, а также является причиной быстрого переуплотнения подпахотного горизонта даже после глубоких рыхлений, разрушающих плужную подошву.

Заключение

При использовании почв тяжелого гранулометрического состава нельзя допускать движения тяжелой техники, когда влажность почвы выше оптимальной для обработки. Необходимо отказаться от ежегодных глубоких обработок почвы, чередуя их с мелкими обработками, что будет препятствовать формированию плужной подошвы. Для оптимизации плотности сложения необходимо включение в севооборот культур с мощной корневой системой, способной проникать через переуплотненные слои.

Литература:

1. Шейн Е. В. Курс физики почв /М.: Изд-во МГУ, 2005. 432 с.
2. Ерёмин Д. И. Продуктивность зернового с занятым паром севооборота в северной лесостепи Тюменской области: Автореф. дис…канд. с.-х. наук/Д. И. Ерёмин -Тюмень, 2002. -18 с.
3. Ерёмин Д. И. Особенности динамики структурно-агрегатного состояния и плотности сложения выщелоченного чернозема в северной лесостепи Тюменской области/Д. И. Ерёмин//Аграрный вестник Урала. 2008. № 3. С. 62–64.
4. Рзаева В. В. Динамика плотности сложения и общей порозности чернозема выщелоченного при длительном сельскохозяйственном использовании в Северном Зауралье/В. В. Рзаева, Д. И. Ерёмин//Аграрный вестник Урала.-2010. -№ 4.-С. 62–65.
5. Ерёмин Д. И. Динамика влажности чернозема выщелоченного при различных системах обработки под яровую пшеницу в условиях Северного Зауралья/Д. И. Ерёмин, О. А. Шахова//Аграрный вестник Урала. 2010. № 1(67). С. 38–40.
6. Рзаева В. В. Изменение агрофизических свойств чернозема выщелоченного при длительном использовании различных систем основной обработки и минеральных удобрений в Северном Зауралье/В. В. Рзаева, Д. И. Ерёмин//Вестник Красноярского государственного аграрного университета. 2010. № 3. С. 60–66.
7. Ерёмин Д. И. Агрогенное изменение гранулометрического состава при распашке чернозема выщелоченного в лесостепной зоне Зауралья /Д. И. Ерёмин//Вестник Красноярского государственного аграрного университета. № 8. 2014. С. 34–36.