Содержание к диссертации
Введение
1. Обзор литературы
1.1 Место основной обработки почвы на разных исторических этапах 7
1.2 Изменение агрофизических свойств почв в зависимости от способа основной обработки 20
1.3 Изменение содержания питательных элементов и гумуса в зависимости от способа основной обработки почвы 35
1.4 Влияние способов основной обработки почвы на засоренность посевов сельскохозяйственных культур 40
1.5 Продуктивность посевов сельскохозяйственных культур в зависимости от способов основной обработки почвы и их эффективность 44
2. Объекты, методы и условия проведения исследований
2.1 Почвенно - климатические условия Предуральской степной зоны Башкортостана 51
2.2 Характеристика почвенного покрова ОПХ «Стерлитамакское» и опытного участка 57
2.3 Метеорологические условия в годы проведения исследований... 62
2.4 Объекты, схема опытов и методика исследований 66
2.5 Агротехника в опытах 69
3. Экспериментальная часть. Результаты исследований
3.1 Гранулометрический состав почвы 71
3.2 Плотность сложения, плотность твердой фазы и пористость почвы 74
3.3 Структурно - агрегатный состав почвы 81
3.4 Влияние способов основной обработки почвы на ее водные свойства 88
Выводы
Заключение
- Изменение содержания питательных элементов и гумуса в зависимости от способа основной обработки почвы
- Продуктивность посевов сельскохозяйственных культур в зависимости от способов основной обработки почвы и их эффективность
- Характеристика почвенного покрова ОПХ «Стерлитамакское» и опытного участка
- Плотность сложения, плотность твердой фазы и пористость почвы
Введение к работе
Актуальность темы. При оценке почвы как среды для возделывания сельскохозяйственных растений, для обеспечения их устойчивых и высоких урожаев, освобождения сельского хозяйства от вредных воздействий стихийных сил природы, в особенности от засухи, и в целях повышения её плодородия, а также при разработке рекомендаций по обработке почв исключительное значение имеет не только наличие в ней тех или иных питательных элементов, но и совокупность ее физических свойств (основных и функциональных).
Одной из важных проблем в использовании черноземов является создание благоприятного водно-воздушного режима, обусловленного оптимальными физическими свойствами. В связи с этим интенсификация земледелия должна сопровождаться мероприятиями, улучшающими физические свойства и режимы почв. Между тем, контроль за физическим состоянием почв пока еще не налажен в должных масштабах, во всяком случае он отстает от контроля за агрохимическим состоянием почв, осуществляемого специальной службой.
В настоящее время при возделывании сельскохозяйственных культур в системе основной обработки почвы, имеющей наибольшее влияние на её физические свойства и режимы, более распространённым и традиционным приёмом стала вспашка на глубину 20-22 см и более.
Однако на современном этапе ещё нет достаточного обоснования целесообразности и периодичности рыхления и оборачивания пахотного слоя при обработке почвы под различные культуры севооборота. В связи с этим поиск более эффективных, экономичных и почвозащитных приёмов и систем основной обработки почвы имеет большое практическое значение.
Основой почвозащитных, ресурсосберегающих технологий обработки почвы должно стать использование в качестве основной обработки безотвальных её способов различной степени минимализации от глубоких до мелких и нулевых обработок.
В этой связи в земледелии наиболее актуальным является определение уровней минимализации обработки чернозёмов, отличающихся наиболее благоприятными для этого физическими свойствами, и разработка на этой основе ресурсосберегающих, почвозащитных систем основной обработки их в составе севооборотов с учётом зональных условий.
Цель и задачи исследований. Основной целью наших исследований является установление роли способов основной обработки почвы (плужной и чи- зельной) в изменении и регулировании агрофизических свойств и водного режима чернозёма типичного под зерновыми культурами.
Основными задачами исследований предусматривалось: 1) установление эффективности использования чизельной обработки почвы в условиях степного Предуралья Башкортостана под зерновые культуры; 2) изучение влияния культур севооборота и способов обработки на водный режим типичного чернозёма с учётом погодных условий вегетационного периода растений; 3)выявление влияния плужной и чизельной обработок на накопление подвижных форм элементов минерального питания; 4) определение влияния способов основной обработки почвы на засорённость посевов и урожайность зерновых культур; 5) расчёт энергетической эффективности способов основной обработки почвы.
Научная новизна. Для условий степного Предуралья Республики Башкортостан на основании сравнительного изучения плужной и чизельной обработок почвы выявлена перспективность применения чизельного плуга ПЧ- 2,5 под яровые зерновые культуры на типичных чернозёмах тяжёлого гранулометрического состава.
В конкретных условиях степного Предуралья Башкортостана установлено влияние чизельной обработки на физические свойства типичного чернозёма, запасы продуктивной влаги, содержание питательных веществ и их динамику, урожайность яровой пшеницы и ячменя.
Практическая значимость работы. Выводы и предложения, полученные в результате исследований, представляют определённую ценность и могут быть использованы в практической работе сельскохозяйственных предприятий при разработке и освоении систем земледелия, технологий возделывания яровой пшеницы и ячменя в условиях Предуральской степной зоны.
Апробация работы. Материалы диссертации доложены на региональной научно-практической конференции «Проблемы адаптивного растениеводства» (Уфа, 2000), региональной научно-практической конференции молодых ученых и аспирантов на иностранном языке, посвященной 70-летию образования БГАУ (Уфа, 2001), научно-практической конференции «Создание высокопродуктивных агроэкосистем на основе новой парадигмы природопользования» (Уфа, 2001).
Публикации. Результаты исследований опубликованы в пяти работах.
Объем и структура работы. Диссертация изложена на 165 страницах машинописного текста, состоит из введения, четырех глав, выводов и предложений производству, включает 21 таблицу, 4 рисунка, 10 таблиц в приложении. Список использованной литературы включает 324 наименований, в том числе 29 на иностранных языках.
1 Обзор литературы 1.1 Место основной обработки почвы на разных исторических этапах
Проблема расширенного воспроизводства плодородия почвы, которая позволяет значительно повысить эффективность сельского хозяйства, является центральной проблемой земледелия. Только путем внедрения комплекса агротехнических, агрохимических, мелиоративных, экономических и организационных мероприятий можно достичь расширенного воспроизводства плодородия почвы. Обработка, являясь неотъемлемым звеном системы земледелия, оказывает многообразное влияние на регулирование плодородия почв. Под влиянием обработки почвы происходит мобилизация ее плодородия, усиливается минерализация органического вещества, улучшаются физические свойства почвы. Только путем механического воздействия на почву рабочими органами машин и орудий можно создать оптимальные условия для развития культурных растений, проявления высокой эффективности различного рода мелиорантов, удобрений и т.д.. Обработка изменяет мощность и физическое состояние пахотного горизонта, что сказывается на улучшении водного и теплового режимов, от которых зависит направленность биологических процессов и пищевой режим. Обработка является радикальным средством борьбы с сорняками и существенно важным приемом в борьбе с вредителями сельскохозяйственных культур. Она направлена на распределение в пахотном слое пожнивных остатков и удобрений, сокращение водной и ветровой эрозии почвы ( Вильяме, 1919; Роктанэн, 1963; Бараев, 1964; Каштанов, 1974; Орлов, 1979; Косманов, Несте- ренко, 1981; Каштанов, Заславский, 1984; Пупонин, Миронычев, 1984; Каштанов, 1989; Сидоров, 1989 и др.). Для районов недостаточного увлажнения обработка почвы способствует максимальному накоплению и сохранению почвенной влаги, а также создает нормальное соотношение между приходной и расходной частями водного баланса. По мере нарастания засушливости преобладающее влияние на повышение урожая оказывают агротехнические факторы, среди которых важное место принадлежит всё той же обработке почвы (Бялый, 1971). Усиливая процессы минерализации органического вещества, обработка почвы играет важную роль в обеспечении растений элементами питания, в то же время улучшая водно-физические свойства почвы, она способствует активизации жизнедеятельности почвенной микрофлоры, участвующей в синтезе гумуса (Витер, Кутовая, 1986).Таким образом, обработка почвы является одним из основных положительных факторов управления продукционным процессом в земледелии.
В создании научных основ обработки почвы большой вклад внесли многие поколения учёных всего мира. Теоретические основы обработки почвы берут свое начало в работах Вольни. В нашей стране большой вклад в развитие теории обработки почвы внесли В.В.Докучаев, П.А.Костычев, A.A. Измаильский, В.Р.Вильямс, В.И.Горячкин, А.Т.Дояренко, Н.М.Тулайков, М.Г.Чижевский, Т.С.Мальцев, А.И.Бараев и другие.
Ещё В.В.Докучаев (1994) рекомендовал произвести для возвращения чернозёмам прежней силы среди прочего «...окончательное определение приёмов обработки, наиболее благоприятных для наилучшего использования влаги ...к местным как почвенным, так и климатическим условиям».
В связи с тем, что обработка почвы должна выполнять в первую очередь задачи регулирования уровня плодородия и надёжной защиты почвы от эрозионного разрушения (Полуэктов, 1982; Тарарико, Миронов, 1983; Макаров, 1988; Макаров и др., 1991), перед земледелием остро встал вопрос о замене традиционной основной обработки, где это необходимо, на другие способы обработки, в большей степени отвечающие предъявляемым к ним требованиям.
Факт негативного влияния вспашки на физическое состояние почвы отмечался учёными ещё в конце прошлого столетия. С опровержением глубокой обработки в то время в России выступали И.Е.Овсинский (1909), Д.И.Менделеев (1954).
В земледелии никогда не было единого мнения по основным вопросам обработки почвы: что лучше, оборачивать или рыхлить почву без оборота пласта, какая должна быть мощность окультуренного слоя и, следовательно, глубина обработки и под какие культуры. В разное время и в разных условиях эти вопросы решались неоднозначно (Казаков, 1988).
Одним из первых, кто предложил разрыхлять почву не оборачивая пласт, был А.К.Шишкин (1876). Он писал: «Работая плугом мы верхние слои оборотим вниз, а нижние, в которых желаем сохранить влагу -наверх и таким образом высушиваем почву ещё больше, чем если бы мы её совсем не трогали».
За рубежом, в США и Канаде, обработка почвы с сохранением пожнивных остатков на поверхности поля, как средство борьбы с дефляцией, начала внедряться в тридцатые годы 20 столетия и нашла широкое применение в основных зерносеющих районах (Беннет, 1958; Конев, 1965; Линник, 1967; Хо- рошилов, Хорошилова, 1976; Рег^ег, 1982).
Наибольшее число исследователей считало, что главной задачей обработки почвы является всё же рыхление, а не оборачивание пласта (Ремер, Шефер, 1935; Соколов, 1935; Квасников и др.,1956; Митчерлих, 1957; Гончаров,1981 и т.д.).
Начавшийся в годы второй мировой войны критический пересмотр научных основ обработки почвы получил в послевоенные годы широкое развитие в США, Канаде, западноевропейских государствах, в нашей стране и других странах мира. В этот период были разработаны безотвальные системы обработки почвы Т.С.Мальцевым (1954), Э.Фолькнером (1959) и другими.
Необходимо подчеркнуть, что и в современном земледелии не отрицая положительной роли и значения оборачивания обрабатываемого слоя почвы, было принято, что крошение и рыхление являются ведущими технологическими операциями. В технологиях возделывания многих сельскохозяйственных культур до сева можно обойтись и без оборачивания почвы, но нельзя обойтись без рыхления, так как в неразрыхленную почву нельзя заделать семена на требуемую глубину. Рыхление -неизбежная технологическая операция при любых способах обработки (Котоврасов, 1991).
В то же время основные противоречия также связаны с обработкой почвы. Здесь действует закон «отрицания-отрицания». Так, противоэрозионная устойчивость почв снижается пропорционально степени измельчения обрабатываемого слоя, необходимость применения пестицидов, которые загрязняют окружающую среду, появляется с уменьшением механического воздействия. Поэтому дискуссии о способе обработки, времени её проведения и глубине обработки обсуждаются до сегодняшнего дня.
Немаловажно и то, что из всех технологических операций, воздействующих на почву и создающих благоприятные условия для роста и развития культурных растений, на обработку почвы приходится 40% энергетических и 25% трудовых затрат от всего объёма работ по возделыванию и уборке культур (Битер, Кутовая, 1986; Родичев, Царькова, 1988; Саранин, Старовойтов, 1990; Ильина, Иваницкая, 1991; Карпенко, Васютин и др., 1991; Коринец, 1991; Киреев, 1994; Шевелуха, 1994; Ломакин, Семёнов, Семёнова, 1995; Адаптивные системы ...,1998 и др.). При этом чрезмерное уплотнение почвы и ухудшение её свойств под воздействием ходовых систем тяжёлых тракторов и почвообрабатывающих орудий приводит к снижению урожайности культур на 12-30%, особенно в увлажнённых районах. Поэтому минимализацию обработки почвы следует рассматривать как важнейшее условие сохранения и повышения плодородия почвы, как средство защиты её от эрозии, уменьшения непроизводительных потерь влаги и питательных веществ.
Усиливающиеся за последнее время процессы эрозии почв и, как следствие их, наблюдаемая тенденция к снижению плодородия почвы и урожайности растений свидетельствуют о том, что существующие системы обработки не полностью соответствуют почвенным условиям хозяйств и биологическим особенностям культур.
Совершенствование обработки почвы позволяет выявить дополнительные резервы повышения плодородия почвы и урожаев. Доля этого элемента системы земледелия в повышении урожайности сельскохозяйственных культур, по данным научных учреждений и производства, находится в пределах 6-50% и зависит от типа почв, уровня их окультуренности, сопутствующих агроприёмов (Ильина, Иваницкая, 1991).
В практике отечественного и мирового сельского хозяйства выделяют следующие 4 системы основной обработки почвы: вспашка с предварительным лущением, послойная плоскорезная, чизельная и нулевая. Обобщённые научные данные показали, что наиболее эффективны мульчирующие обработки при сплошном рыхлении пахотного слоя на глубину не менее 20 см. По энергетическим затратам для этого наиболее приемлемы чизельная и плоскорезная обработки (Клочков, 1986). Они же обладают высокой водорегулирующей и почвозащитной эффективностью.
С учётом технико-экономических условий каждого хозяйства система обработки почвы должна быть оптимизирована в соответствии со структурой посевных площадей, особенностями севооборотов, культур, рельефа и отдельных его элементов, гранулометрического состава, засорённостью, и главное с условиями формирования поверхностного стока.
С.М.Скорняков (1988) отмечает, что за свою эволюцию обработка почвы прошла путь от сохи к плугу и обратно.
На определённом этапе исторического развития земледелия важную роль в повышении её эффективности сыграла вспашка. Разработке концепции создания глубокого пахотного окультуренного слоя в системе основной обработки почвы в начале второй половины девятнадцатого столетия уделялось много внимания.
Значение глубокой вспашки было показано не только основателями науки о почве (В.В.Докучаевым, П.А.Костычевым, В.Р.Вильямсом ), но и многими замечательными учёными. К.А.Тимирязев (1948) писал: «Польза глубокой вспашки, как одной из мер борьбы с засухой, кажется, не подлежит сомнению вследствие достигаемого ею двойного результата -накопления и лучшего сбережения влаги ...Глубокая вспашка, очевидно, важна не только как средство для увеличения запаса воды, но и как средство для развития более глубоко идущих за нею корней».
Обобщая опыт ведения земледелия стран Европы и России A.B.Советов (1950), П.А.Костычев (1951), Д.И.Менделеев (1954), И.А.Стебут (1957), как и К.А.Тимирязев, пришли к выводу, что глубокая вспашка является наиболее эффективным приёмом увеличения потенциального плодородия почв.
Ссылаясь на опыты М.М.Хамидуллина, С.Н.Тайчинов (1963) пишет, что перемещение нижних слоёв почвы на поверхность при зяблевой вспашке даёт повышение их плодородия на 25%, а при двухлетнем перегаре в чёрном пару - на 60%, объясняя это разрушением агрегатов крупнее 3-5 мм до размеров от 0,25 до 3 мм, т.е. до мелкозернистого активного состояния.
По данным Ф.Н.Русакова (1994) в степной зоне Предуралья РБ при отсутствии водной и ветровой эрозии лучшим способом основной обработки почвы является традиционная вспашка, принимая во внимание её воздействие на повышение плодородия почвы и урожайность возделываемых культур.
Многочисленные исследования свидетельствуют о том, что из всех видов механической обработки почвы отвальная вспашка обладает наиболее сильным регулирующим воздействием на численность сорняков (Пыхтин, Дудкин, Гончаров, 1995).
Исследованиями Г.С.Смородина (1948, 1955, 1960), П.К.Иванова (1952, 1959), С.Н.Тайчинова (1963, 1964), Ф.Ш.Гарифуллина (1979) было установлено, что перемешивание подпахотного слоя с пахотным формирует более продуктивный слой почвы, в котором улучшаются агрофизические и гидротермические условия; одновременно усиливается биологическая активность почвы (Ха- зиев, 1982; Котоврасов и др., 1990), улучшаются агрохимические показатели (Бурангулова, Гарифуллин и др., 1969).
Несмотря на то, что вспашка с оборотом пласта и создаёт необходимые условия для возделывания сельскохозяйственных культур с разной биологией, занимая доминирующее положение в системе основной обработки почвы, она всё же остаётся высокоэнергоёмкой, на её проведение требуется много времени, она активизирует процесс деградации почв, прослеживается снижение устойчивости почв к проявлению эрозионных процессов на склоновых землях и в зоне ветровой активности. При постоянной глубине вспашки подпахотный слой почвы сильно уплотняется, что способствует образованию «плужной подошвы», которая нарушает водопроницаемость, газообмен почвы и т.д.(Кауричев и др.,1975; Хоменко, Ковалёв, 1979; Картамышев, Бардунова, Володин, 1986; Ха- зиев, Мукатанов и др., 1990; Кирюшин и др., 1991).
Г.Кант (1980) считает, что отвальная обработка является одной из тяжелейших вмешательств в природную структуру почвы, отрицательные воздействия которого трудно предвидеть на длительное время.
На нарушение естественных процессов воспроизводства таких агрономически ценных качеств почвы как сложение, структура, размножение почвенной микрофлоры и т.д. под воздействием на почву отвальной обработки указывают Б.М.Миркин и др.(1996). Н К.Шикула (1987) утверждает, что система земледелия, базирующаяся на глубокой отвальной вспашке, перестала удовлетворять возросшим требованиям и соответствовать новым создавшимся условиям, когда природное (естественное) плодородие почв практически использовано, а эффективный потенциал плодородия предстоит повысить в кротчайшие сроки. Но он уверен, что сложившаяся система земледелия на основе плуга в условиях достаточного увлажнения, выровненной местности и большой мощности гумусового горизонта ещё долго будет иметь право на существование, но при одном условии для всех землепользователей -наметившемся увеличении содержания гумуса в пахотном слое почв, возрастании их плодородия. «В условиях недостаточного увлажнения, расчленённого рельефа, наличия склоновых смытых земель с небольшой мощностью гумусового горизонта почвы (чернозёмы)., .нуждаются в новых подходах к их использованию» - пишет Н.К.Шикула (1987).
Для прекращения деградации почв важно определить условия их эффективной обработки как основного фактора регулирования агрофизических свойств. В начале 50-х годов, используя богатое наследие агрономической науки, труды выдающихся ученых- основоположников и свой огромный практический опыт, Т.С. Мальцев пришел к ряду теоретических положений, которые оказали значительное влияние на развитие теории и практики минимальной обработки почвы (Мальцев, 1956; 1964; 1989). Суть новой системы обработки почвы состояла в чередовании периодической безотвальной обработки плугами- рыхлителями до 35 см глубины с ежегодной поверхностной обработкой на 8-10 см. Система обработки Т.С. Мальцева хорошо зарекомендовала себя в Зауралье, на севере Казахстана и в степных районах Сибири. Но со временем обнаружилось, что данная система обработки не защищает почву от дефляции в должной мере.
Поэтому большим достижением отечественной сельскохозяйственной науки и практики явилась созданная под руководством академика А.И. Бараева почвозащитная система земледелия в условиях Северного Казахстана и Сибири. Главным отличием ее от системы безотвальной обработки Т.С. Мальцева является обработка плоскорезами, сохраняющая на поверхности почвы более 80% стерни, что способствует улучшению водного режима. Плоскорезная обработка может быть разноглубинной, при этом исключается осенняя и весенняя обработка дисковыми лущильниками (Берестовский, 1965; Бараев, 1967).
Имеющиеся литературные данные о противоэрозионной эффективности плоскорезной обработки почв весьма противоречивы. Одни авторы считают данную обработку эффективным почвозащитным приемом (Буров, 1974; Жилко, 1976; Кисель, Бука, 1979), другие считают, что она уступает отвальной вспашке поперек склона и иным противоэрозионным агротехническим приемам (Лысак, 1978).
Увеличение количества корней в 0-5 см слое при плоскорезной обработке (на 4-5% больше, чем при вспашке) повышает противоэрозионную устойчивость поля и амортизационную способность почвы при движении по ней сельскохозяйственных машин и орудий, что предупреждает переуплотнение ее по ходу колес тракторов, комбайнов и других машин.
В связи с изменением характера размещения корней на вариантах с плоскорезной обработкой в период вегетации сельскохозяйственных культур повышается водопрочность структуры верхнего 5-сантиметрового слоя почвы и несколько увеличивается водопроницаемость (Гнатенко и др., 1979; Горбачева и ДР., 1979).
Так, Ф.Х.Шакиров (1966) указывает на прекращение смыва почвы при плоскорезной обработке и увеличение запасов продуктивной влаги в почвах хозяйств Татарстана. Алтайским НИИ земледелия и селекции установлена высокая противоэрозионная эффективность плоскорезной обработки почвы на склонах. В среднем за 7 лет потери воды в результате сноса снега с полей при вспашке составили 61,6 мм (53,6%), а при плоскорезной обработке -34,1 мм (29,7%) зимних осадков.
На повышение количества гумуса в верхнем слое почвы при длительном использовании плоскореза в сравнении со вспашкой указывает Э.Ф.Госсен (1982), И.Н.Лебедева (1986), Н.К.Шикула и др.(1987) и т.д.
Наряду со значительными преимуществами данного способа обработки почвы некоторые исследователи указывают на немаловажные недостатки Из них наиболее часто упоминаемыми являются дифференциация пахотного слоя по плодородию, увеличение в нижних слоях плотности сложения и плотности твёрдой фазы почвы и образование «плужной» подошвы (Пупонин, Ма- тюк,1986; Медведев, Захаров, 1989; Сидоров, 1989).
Чтобы не допустить проявления вышеперечисленных негативных явлений П.И.Смирнов с соавторами (1971), И.П.Макаров (1973; 1990), К.И.Саранин и Н.А.Старовойтов (1982), И.П.Макаров, А.А.Плантунов, Г.Е.Козлов (1985) предлагают чередовать безотвальную обработку со вспашкой раз в 3-4 года, которая способствует улучшению структуры пахотного слоя за счёт примешивания к нему хорошо оструктуренного нижележащего слоя.
На снижение водопроницаемости и биологической активности, существенное изменение количества и состава гумуса при плоскорезной обработке указывают А.М.Лыков (1982); А.Е.Горбачева (1983); А.Ф.Витер, А.М.Но- вичихин (1984); В.Ф.Зубенко, В.Н.Якименко и др.(1987); М.У.Султанов и др. (1989); Кирюшин и др.(1991); Ф.Х.Хазиев, А.Х.Мукатанов и др.(1991).
Результаты исследований М.У.Султанова, Р.З.Хакимова и Л.Н.Лысака (1989) по ОПХ «Казангуловское» показали, что безотвальная обработка почвы плугом ПБ-5-35 обеспечивает наиболее оптимальное рыхление и сложение обрабатываемого слоя по сравнению с плоскорезом, что обусловливает лучшую водопроницаемость и более высокую влагоёмкость почвы. Так, водопроницаемость типичных карбонатных чернозёмов за 6 часов составила по обработке почвы КПГ-250 - 451,2 мм, а по безотвальной обработке - 560,5 мм. В ОПХ «Баймакское», расположенном в Зауральской степи на обыкновенных чернозёмах водопроницаемость соответственно составила 502,7 и 589,4 мм.
В среднем за 3 года в ОПХ «Казангуловское» наивысший урожай яровой пшеницы был получен по безотвальной обработке ПБ-5-35 - 21,9ц/га, что на 1,9ц/га выше, чем по плоскорезной обработке КПГ-250.
Эти же авторы утверждают, что наилучшая влагозарядка метрового слоя почвы весной (205,5 мм) в колхозе «Правда» Кармаскалинского района в 1987 году была на фоне безотвальной обработки почвы, на фоне обработки КПГ-250 она составила 198,1 мм и на фоне вспашки-182,5мм. Урожайность яровой пшеницы была соответственно 18,1; 16,3 и 12,4ц/га.
Однако самой большой проблемой при плоскорезной обработке почвы стал вопрос борьбы с сорной полевой растительностью. В настоящее время многократно отмечено, что замена отвальных обработок плоскорезными без учёта места культуры в севообороте и без применения гербицидов ведёт к нарастанию засорённости (Милащенко, 1978; Макаров, Пупонин, Рассадин, 1985; Почвозащитная технология ...,1986). Также отмечается, что при длительном использовании плоскореза изменяется даже тип засорённости. Доминирующее положение начинают занимать поздние яровые и корнеотпрысковые сорняки как количественно, так и по массе, которые при отвальной вспашке были достаточно малочисленны (Зуза,1979; Дементьев, Янбухтина, 1988).
Таким образом, за время применения плоскореза в качестве основной обработки почвы в практике земледелия накопился обширный материал как положительного, так и отрицательного характера. Причины последнего порядка требуют постоянного совершенствования орудий обработки почвы.
В условиях Башкортостана также накоплен обширный опыт применения почвозащитной и ресурсосберегающей обработки почвы. Так, система минимальной обработки почвы, введённая Л.И.Салишевым на всей площади пашни в коллективном предприятии «Пугачевское» в Предуралье позволило снизить затраты горючего на 48%, а затраты труда на обработку почвы -38%. Эта оригинальная система обработки повысила противоэрозионную устойчивость почвы и урожайность яровой пшеницы и других культур при относительной устойчивости по годам. Даже достаточно длительное применение минимальной обработки почвы на типичных чернозёмах не привело к избыточному уплотнению почвы, объёмная масса здесь не превысила оптимальных параметров и осталась на уровне 1 г/см (Салишев, Бахтизин и др.,1993).
В работах Г.Н.Лысака (1985, 1988), Ю.П.Морякова (1985,1995), М.М.Ха- мидуллина (1976, 1988), Р.Г.Хамидуллиной (1997), Р.Я.Рамазанова (1989, 1990), Н.Р.Бахтизина (1986,1987) и других учёных также изложены теоретические возможности минимализации обработки почвы на полях Республики Башкортостан.
Например Ю.П.Моряков отмечает, что лучше всего проявляют себя в годы с недостаточным количеством осенних осадков в условиях степного Зауралья Башкортостана минимальная и особенно «нулевая» обработки.
С конца 70-х годов прошлого столетия научными учреждениями и заводами проводилась большая работа по созданию новых орудий обработки почвы -чизелей к тракторам различных классов тяги и одновременно проводилась сравнительная оценка их с другими орудиями обработки.
В сельскохозяйственном энциклопедическом словаре приводится полное описание чизеля «...(от англ. слова chisel -долото, резец), это орудие для безотвального рыхления почвы, с помощью которого осуществляется неполное подрезание обрабатываемого почвенного пласта без образования сплошного дна борозды».
Чизельные орудия хорошо зарекомендовали себя в различных зонах нашей страны и ближнего зарубежья (Труфанов, 1989; Назаренко, Тыминский, 1990; Симченков, 1991; Иодко и др.,1992; Ладонин и др.,1996).
Чизельная обработка почвы рассматривается как традиционный способ, или как контрольный вариант по основной обработке почвы в США и Канаде (Summary..., 1982 (a); Summary..., 1982 (b); Lewis, 1983; Little, 1983; Hairston, Sanford, 1984; Muichler, Dowell, Greer, 1985). Применение чизеля в США было массовым уже в 60-ые годы, а к 1983 году сообщается о повсеместном вытеснении отвальных плугов чизельными орудиями (Triplett,1982; No-tillage... ,1983).
Как указывает Г.В.Симченков (1991), производительность чизельных орудий значительно выше, чем плуга. Если за 1 час рабочего времени можно вспахать трактором Т-150 в агрегате с плугом ПЛН-5-35 1,04га, то чизелем можно обработать 2,6-3,2 га (в зависимости от глубины рыхления). Расход горючего при этих способах обработки составляет соответственно 20,3 и 3,5-11,1 кг/га. На вспашку 1 га тратится энергии 1024 МДж/га, на чизелевание-599 МДж/га.
Проведенная экономическая оценка вариантов опыта подтвердила высокую эффективность применения чизельного плуга по сравнению со вспашкой при основной обработке почвы под пропашные культуры и в исследованиях С.И.Смурнова (1999). Так, затраты рабочего времени оказались меньше в 1,5 раза, прямые затраты снизились на 24%, а расход горючего на 6,3 кг/га.
В.И.Марымов, А.И Сухов (1989), В.А.Ушкаренко и др.(1989) утверждают, что внедрение энергосберегающих обработок почвы обеспечивает экономию на 1 га 8-10 л дизельного топлива и повышение урожайности зерновых культур на 1,5-2,0 ц/га.
По наблюдениям С.И.Сенченко, Я.В.Сергеева, А.С.Найденова (1986) установлено, что производительность чизельного плуга на 16,5% выше, чем плуга ПТК-9-35. На основании результатов энергетической оценки данного орудия определено, что удельное сопративление чизеля снижается на 17,3% по отношению к отвальному плугу. Кроме того на подготовку почвы n посев с использованием чизеля вместо традиционного плуга затрачивается энергии меньше на 45%, времени на 32%, а затраты труда на подготовку зяби снижаются на 46,1%.
Исследования В.И.Санковского (1986) показали, что чизелевание оказалось более выгодным и экономически. Себестоимость зерна была ниже на 2руб/ц у озимой ржи и на 2,02 руб/ц у ячменя по сравнению со вспашкой, а в сравнении с плоскорезной обработкой соответственно на 2,52 и 2,54 руб/ц.
Н.В.Коломиец (1993) также пришёл к выводу, что минимализация основной обработки почвы значительно сокращает трудовые, материальные и энергетические затраты. При глубоком чизельном рыхлении в севообороте условно чистый доход по сравнению с контролем (вспашкой) увеличивается на 29,9 руб/га, а уровень рентабельности на 10,5%.
Некоторые исследователи считают, что хотя чизельные плуги и менее энергоёмки по сравнению с отвальными, но в общей технологии возделывания чизельная обработка не обеспечивает значительных технико-экономических преимуществ (Клочков, 1986; No-till May.. .,1985).
Однако уже с начала использования чизельных плугов в СССР, затем в более поздних исследованиях и в отечественных публикациях последних лет утверждается неоспоримость преимущества чизельного плуга в рыхлении пахотного горизонта, плужной подошвы и на некоторую глубину уплотнённого подпахотного горизонта (Попов, 1981; Стародинский и др., 1981; Ардабаев, Сайлибаев, 1984; Вайнруб, 1984; Жолобов, 1984; Пупонин, Матюк, Липецкий и др., 1984; Пупонин, Матюк, Манолий,1984; Пупонин, Хохлов, 1984; Беляев, 1986; Гордеев и др., 1986; Гуреев, Курсин, 1986; Кильдюшин, Трегубов, 1986; Плюснин, Кравченко, 1986; Труфанов, 1986; Кряжков, Бурченко, 1987; Шептунов и др.,1987; Афанасьев и др.,1988; Плюснин и др.,1988; Гордеев, Вьюгин и др., 1989; Симченков, Шугар, Шило, 1989; Фастюков, Морш, 1989; 1990; Кряжков, Жук, Спирин, 1990; Коломиец, Драган, 1991; Вьюгин и др.,1994).
Зарубежные исследователи по результатам своих опытов пришли к аналогичным выводам (Collins, Kemble, 1978; Tabesch,1978; Cassel, Edwards, 1985; Hoogmoed, Derpsch, 1985;Phatak, 1987).
Сравнение показателей работы различных орудий, по данным общества сельскохозяйственных инженеров США (ASAE) показывает, что при вспашке затраты энергии составляют 40,5 кВт/га. Для других почвообрабатывающих орудий средние значения затрат энергии находятся в пределах 6,6-11,2 кВт/га. При чизелевании эта величина варьировала в пределах 6,1-7,2 кВт/га. Средний расход топлива при вспашке составил 34 л/га, а при обработке чизелем -5,8 л/га (Smith, Fornstrom, 1980).
По результатам 6-летних сравнительных опытов на экспериментальных участках Национального института сельскохозяйственной техники (NIAE) в Англии, наибольшие затраты энергии отмечены при традиционной технологии обработки почвы на основе вспашки, которые составили в сумме 180-324 МДж/га. Причём стоимость затрат на обработку отвальными плугами составили 20,0-32,0 фунт/га, а при чизелевании 16,5-26,5 фунт/га (Matthens, 1979).
Одним из многих неоспоримых преимуществ чизельного плуга при его использовании для основной обработки почвы является значительное (до 60 %) сохранение стерни на поверхности обрабатываемого участка, что играет решающую роль для многих зон нашей страны в защите почв от эрозии (Яшутин, 1984 (а), (в); Сенченко и др.,1986; Труфанов, 1989).
1.2 Изменение агрофизических свойств почв в зависимости от способа основной обработки
Физические свойства почв и связанные с ними водный, воздушный, пищевой и тепловой режимы являются важными и часто -определяющими условиями почвенного плодородия. Актуальность проблемы регулирования физических свойств почв в интенсивном земледелии определяется необходимостью повышения производительности почв при одновременном сохранении (нередко и повышении) их потенциального плодородия и тем обстоятельством, что при интенсификации земледелия за счёт усиления механизации, химизации и мелиорации растёт антропогенная нагрузка на почву со многими негативными последствиями.
Вне зависимости от того, какой способ используется для обработки почвы, все они призваны оптимизировать агрофизические свойства и режимы почвы. Научно-обоснованная, то есть предсказуемая оптимизация физических свойств почв и протекающих в них физических процессов, оформившаяся в последние годы, возможна лишь тогда, когда известны не только эмпирически установленные взаимосвязи между ними, но и их фундаментальное теоретическое обоснование. Оптимизация представляется новым этапом управления плодородием почв, на котором будет достигнут переход от улучшения свойств к их направленному регулированию и приведению параметров почв в соответствие с требованиями растений для проявления ими максимальной продуктивности. Центральным звеном нового направления является оптимальный почвенный параметр (Воронин, 1990; Медведев, 1990).
Исследованиями в нашей стране и за рубежом установлено, что в результате интенсивного воздействия почвообрабатывающих орудий, в особенности ходовых систем сельскохозяйственной техники, разрушается структура почвы, повышается её плотность и твёрдость в пахотном и подпахотном горизонтах, что ведёт к ухудшению всего комплекса агрономических свойств почв, к уменьшению урожая и увеличению энергетических затрат на последующие обработки почв (Плодородие почв и его изменение...,1984; Временные рекомендации по ограничению..., 1985;'Переуплотнение пахотных почв, 1987; Бондарев, 1988).
Вопрос об оптимальной плотности почв как интегральном показателе физических условий плодородия в настоящее время приобретает всё более актуальное значение. Начало вегетации растений - это наиболее важный период в развитии растения и это тот период, когда мы имеем возможность корректировать плотность сложения в нужном направлении. В период «посев - уборка» изменчивость оптимального параметра тем сильнее, чем далее отстоит от равновесной его величина. Необходимо подчеркнуть, что для чернозёмов достаточно хорошо гумусированных и оструктуренных (особенно для чернозёмов типичных и оподзоленных) дрейф оптимальной плотности почвы в течение вегетации культур пренебрежимо мал. Данный параметр изменяется в зависимости от уровней увлажнения и минерального питания, как экотрофная изменчивость (Гедройц, 1933; Сапожников, 1963; Королёв, Баранов, 1965; Иванов, Коробова, 1969; Ревут, 1970; Долгов, Модина, 1976; Афанасьев, 1990; Капинос и др., 1990; Кузнецова, 1990; Медведев, 1990). Наличие её доказывается в следующем: в условиях достаточного увлажнения диапазон оптимальной плотности сложения расширяется, а в условиях засушливого года (неблагоприятных условиях) он существенно уже. Данное положение хорошо известно из литературы (Наумов, 1969; Медведев, 1988). Например, при нормальном и достаточном увлажнении дерново-подзолистой среднесуглинистой почвы оптимальная плотность пахотного слоя для ячменя равнялась 1,2 -1,25, а в условиях повышенного увлажнения -1,1-1,2 г/см (Доспехов, Панов, Пупонин, 1976).
В свою очередь объёмная масса почвы накладывает отпечаток на водный, воздушный, тепловой, питательный режимы и микробиологическую деятельность (Ревут, 1968; Бахтин, 1971; Гриценко, Парахин, 1976).
Наиболее полное обобщение полученных материалов по вопросам оптимального сложения почвы, начиная с 60-ых годов приведено в работах И.Б.Ре- вута, Н.А.Соколовой и А.М.Васильева (1971), позднее - А.Г.Бондарева и В.В.Медведева (1980). Его значение в пределах пахотного слоя различных типов почв от супесчаного до глинистого гранулометрического состава по данным различных исследователей находится в интервале от 1,0 до 1,4 г/см3.
Сложение почвы определяется характером взаимного расположения в пространстве почвенных частиц и структурных отдельностей и соответствующих этому расположению величиной и конфигурацией порового пространства (Кузнецова, 1967; Долгов, Кузнецова, Модина, 1970). Целинные (залежные) черноземы степной и лесостепной зон УССР (Медведев, 1982), отличающиеся водопрочной и механически прочной структурой, характеризуются устойчивыми показателями равновесной плотности -1,06-1,18 г/см , что соответствует оптимальным значениям плотности почв с содержанием гумуса 4-6%. Длительное распахивание черноземов в условиях низкой культуры земледелия привело к разрушению структуры и как следствие - к значительному уплотнению почв в конце вегетационного периода (плотность 1,4 г/см ). При высокой культуре земледелия равновесная плотность чернозёмов приближается к оптимальной и составляет 1,15 г/см3.
Чем дальше равновесная плотность сложения почвы отстоит от оптимального параметра, тем чаще приходится рыхлить её. И.В.Кузнецова (1990) отмечает, что оптимальная плотность почв тяжёлого гранулометрического состава с разным содержанием органического вещества неодинакова и варьирует в широком интервале плотностей (1,03-1,36 г/см3), смещаясь в сторону более низких значений (1,03-1,08 г/см )для почв с содержанием гумуса >6 % и в сторону более высоких значений (1,22-1,36 г/см ) для почв с содержанием гумуса <2,2 %.
Определение оптимальной плотности сложения и её изменение в течение вегетации растений позволяет обосновывать и совершенствовать новые способы обработки почвы с целью регулирования её физических свойств в зависимости от биологических особенностей сельскохозяйственной культуры и погодных условий.
Так, исследования Г.Б.Гальдина (1959) показали, что для выщелоченных чернозёмов Пензенской области оптимальная плотность составляет 1,11-1,14 г/см , достигаемая прикатыванием. В засушливый год урожай яровой пшеницы при такой плотности повысился на 26 % по сравнению с контролем (объёмная масса почвы 1,04 г/см3). Во влажные годы уплотнение пахотного слоя эффекта не дало (Кауричев, 1975).
Исследования Башкирского НИИСХ в 1991-1993 г.г. на обыкновенных чернозёмах показали, что объёмная масса их на вариантах вспашки и плоскорезной обработки составили 1,10-1,14 г/см", а при чизелевании -1,05-1,07 г/см3 (Сираев, Суюндуков, 1995).
Испытания 11 способов основной обработки почвы Украинским НИИ земледелия свидетельствуют о том, что плотность почвы в зависимости от обработки изменялась от 1,1 до 1,6 г/см3. После глубокого чизелевания (38-40 см) подпахотный слой почвы (30-40 см) разуплотнялся на 0,05-0,1 г/см , что объясняет лучшую влагообеспеченность (14-30 мм) корнеобитаемого слоя даже в периоды максимального потребления растениями влаги. Обеспеченность растений элементами питания при безотвальных обработках в слое почвы 0-10 см была существенно выше, чем по вспашке, а в слое 10-30 см, наоборот, ниже (Коломиец, 1993).
Глубокое чизельное рыхление в исследованиях Н.И.Афанасьева (1991) на дерново-подзолистой суглинистой почве обусловило улучшение физических свойств почвы. Плотность подпахотного слоя уменьшилась с 1,64-1,71 до 1,301,45 г/см , общая порозность увеличилась с 36-39% до 40-43%, скважность аэрации - с 8-23 до 14-34%, абсолютная влажность уменьшилась с 9-18 до 1418%, что указывает на лучшее использование влаги из разрыхленного слоя.
И.А.Чуданов и др. (1999) рекомендуют ресурсосберегающие способы основной обработки почвы под яровые зерновые культуры, пары и пропашные, так как естественная равновесная плотность сложения чернозёмов Среднего Поволжья близка к оптимальной для зерновых культур и благодаря этому возможна минимализация основной обработки почвы и даже прямой посев в необработанную почву.
На данных опытах минималка оказала положительное влияние на некоторые элементы почвенного плодородия и урожайность. После вспашки плотность почвы в слое 0-30 см достигала 1,10 г/см3, при минимальных обработках
с щелеванием -1,14-1,16 г/см . Запасы доступной влаги в метровом слое были весной соответственно 108, 124 и 132 мм. Пищевой режим по вариантам опыта был одинаковым.
С.И.Смурнов (1999) так же отмечает, что злаковые культуры хорошо развиваются при равновесной плотности чернозёма и глубокой вспашки не требуют. При чизельном рыхлении почвы в ней увеличиваются запасы продуктивной влаги, количество дождевых червей, улучшаются некоторые показатели биологической активности почвы по сравнению со вспашкой.
В хозяйствах Центрального Черноземья России главным приёмом основной обработки почвы остаётся вспашка. Однако естественное сложение чернозёмов соответствует оптимальной плотности сложения для возделывания культурных растений, поэтому здесь достаточно малой механической обработки. ВНИИПТИ рапса испытывал ряд приёмов основной обработки почвы, в том числе и чизельную разноглубинную. Объёмная масса на всех вариантах не выходила за пределы оптимальных величин, что связано с высокой гумусирован- ностью выщелоченных чернозёмов. Обеспеченность почвы влагой во всех вариантах опыта оказалась примерно одинаковой. Однако преимущество чизель- ной обработки проявлялась в годы с недостаточным количеством осадков (Гу- мидова, 1999).
Некоторые исследователи уверены, что при минимализации обработки почвы растению приходится вегетировать на несколько более уплотнённом, чем при обычной обработке, пахотном слое (Петров, 1969; Гончаров, 1981; Free, 1960; Czeratski, Ruhm, 1971 и др.).
Важнейшими факторами деградации физических свойств почв являются процессы дезагрегации почвенной массы в результате уменьшения содержания органического вещества и ухудшения его качества и накладывающего на эти процессы уплотняющего воздействия сельскохозяйственной техники. В первую очередь ухудшается структурное состояние почв.
С деградацией структурного состава почв при их сельскохозяйственном использовании связано уплотнение . Для всех подтипов чернозёмов отмечается чёткая связь содержания глыбистой и агрономически ценной фракции (комки диаметром <10 и >0,25 мм) с плотностью сложения. Оптимальное структурное состояние определяется 3% агрегатов >10 мм и 80% агрегатов фракций от 10 до 0,25 мм по сухому просеиванию и 40-60% пористых и водопрочных агрегатов крупнее 0,25 мм по мокрому просеиванию (Кузнецова, 1979; Бондарев и др.,1986; Бондарев, Кузнецова, 1988; Бондарев, Кузнецова, 1999). Такое структурное состояние (по методу Н.И.Саввинова) необходимо для длительного сохранения, создаваемого обработками, строения и уровня плотности почв.
Уплотнение как пахотного, так и особенно подпахотных слоев носит кумулятивный характер, то есть происходит накопление уплотняющего воздействия.
Известно, что макроструктурные отдельности обрабатываемого слоя почвы более подвержены влиянию биоклиматических и антропогенных факторов, микроструктурные компоненты относительно более устойчивы. Поэтому обогащение почвы органическим веществом в первую очередь вызывает улучшение макроструктурного состава почвы, увеличивает количество агрономически ценных агрегатов. Т.Н.Лактионова (1990), В.В.Медведев (1982, 1988) и другие также утверждают, что при дифференциации верхнего слоя почвы на поверхностный (0-4 см) и| семенной (4-8 см) оптимальный размер почвенных агрегатов 'за.
должен быть различным. В пахотном слое должны преобладать агрегаты размером крупнее 5 мм, в семенном слое - менее 5 мм с колебаниями в зависимости от размеров семян. Данный эффект возможен при безотвальных способах обработки почвы. Это подтверждается исследованиями НИИ масличных культур УААН (Никитин, Минковский, Аксёнов, 1995). Опыты по изучению структурно- агрегатного состава почвы в слое 0-10 см показали, что при чизельной, безотвальной и плоскорезной обработках агрономически ценные агрегаты (0,25-10 мм) сохранялись лучше, чем при вспашке. Так, при чизельной и безотвальной обработках их было на 1,1-2,1% больше, чем на контроле. Содержание водопрочных агрегатов в этих вариантах было выше на 4,6-8,2%). При этом урожайность подсолнечника на фоне безотвальной обработки почвы чизельным плугом ПРПВ-5-50 в сравнении с отвальной вспашкой не снижалась. В среднем за 1990-1992 годы она составила соответственно 23,6 и 23,4 ц/га.
Таким образом, в Южной степи Украины чизелевание можно рекомендовать как способ основной обработки почвы под подсолнечник, которое способствует сохранению агрономически ценных и дефляционно-устойчивых агрегатов в слое почвы 0-10 см, наиболее подверженных ветровой эрозии.
Аналогичные результаты были получены Башкирским НИИСХ (Сираев, Суюндуков, 1995). Определение структурного состава почвы показало, что по содержанию эрозионно-опасной фракции (частицы менее 1 мм) в А пах варианты сильно не отличались друг от друга (от 8 до 10%). Зависимость структурного состава от способов основной обработки чётко проявлялись при сравнении коэффициентов структурности, -наибольшим он был на варианте с чизельной обработкой, затем плоскорезной, отвальной и минимальной обработках. Наилучшая структура по слоям почвы сложилась в слое 0-10 см на чизельной, 10-20 см - на вспашке и минимальной обработке.
Результаты трёхлетних определений структурного состава почвы, проведённых в фазе трубкования яровой пшеницы в Зауралье Башкортостана, показывают, что содержание агрономически ценных фракций при всех способах основной обработки было достаточно высокое, в пределах 53,3-80,4%. При этом несколько повышенное содержание этих частиц обнаруживалось на безотвальных обработках. Так, на чизельной обработке содержание фракции 10,0-0,25 мм было выше на 1,2%, чем на вспашке. Кроме того отмечено более низкое содержание эрозионно-опасных частиц (менее 1 мм) в верхнем 5 см слое почвы при чизельных обработках: на 4,4-4,6% по сравнению со вспашкой и на 1,0-2,1% -с другими почвозащитными способами обработки (Авальбаев, 1998).
В исследованиях В.А.Кантюкова (2000) наибольшее содержание водопрочных агрегатов составило по обработке чизельными орудиями (67,1-71,1%) и в варианте без основной обработки (66,7), что на много выше, чем на контрольном варианте (вспашке).
Механическая прочность и водопрочность агрегатов способствует сохранению в пахотном горизонте оптимальной структуры порового пространства, сочетающей сравнительно крупные поры, по которым происходит фильтрация воды в почву и газообмен, со значительным объёмом мелких пор, в основном удерживающих и проводящих почвенную влагу. Такие условия создаются с помощью орудий обработки почвы.
В опытах В.А.Кантюкова (2000) наибольшей пористостью перед посевом в среднем по севообороту из 6 испытываемых вариантов характеризовалась почва после чизельной обработки (58,2%), наименьшей - на варианте с минимальной обработкой. Однако наиболее резкое снижение пористости к периоду уборки было отмечено на фоне вспашки под кукурузой (до 54,1%).
При возрастании степени деградации почв увеличивается плотность макроагрегатов, уменьшается пористость и возрастает их набухаемость, водопроч- ность макроструктуры становится более динамичной, изменчивость величины средневзвешенного диаметра водопрочных агрегатов усиливается, что свидетельствует о приобретении макроструктурой свойства лабильности, то есть она становится менее жёсткой и более подверженной размоканию. Поэтому в деградирующих почвах наиболее интенсивно происходит коркообразование. С увеличением плотности сложения возрастает и механическая прочность почв (Волокитин и др., 1997).
Большинство почв, в том числе их структура и строение, а также характер порового пространства, изменяются в связи с колебанием содержания жидкой фазы (или влажности почвы, так как жидкая фаза в основном состоит из воды). Это вызвано не столько заполнением водой пустот между твёрдыми частицами почвы, сколько взаимодействием воды с их поверхностью.
Решающее условие высокого плодородия почв и высоких урожаев в зоне недостаточного увлажнения является эффективное использование выпадающих осадков и оптимальный водный режим. Многолетняя практика в условиях засушливого земледелия показала, что величина урожая и даже сама возможность его получения определяется главным образом количеством доступной влаги в почве и наиболее продуктивным её использованием (Бялый, 1971).
Систематические углубленные исследования водного режима почвы на чернозёмах были начаты в 80-ых годах девятнадцатого столетия и связаны с именем А.А.Измаильского.
При недостатке доступной влаги в почве у растений нарушается обмен веществ, усиливаются гидролитические и ослабляются синтетические процессы, подавляются функции роста и падает активность ферментов. Поэтому нас должна интересовать не почвенная влага вообще, а влага доступная культурным растениям. Первыми работами в этой области в России являются исследования А.Шишкина и С.Богданова.
Важно отметить, что в подавляющей части исследований проявляется чёткая закономерность, отражающая зависимость характера влияния обработки почвы на водный режим от условий влагообеспеченности: положительный эффект безотвальной обработки возрастает с увеличением засушливости климата, как в зональном, так и в метеорологическом отношении (Мухортов и др., 1984; Казаков, 1990; Пичугов, 1990; Власенко, 1995; Юферов, 1995).
Как указывают Ф.Ш.Гарифуллин и А.Ш.Ишемьяров (1987), фактором первого порядка, ограничивающим плодородие почвы в степной зоне Башкортостана, является доступная почвенная влага.
П.А.Некрасов (1924), анализируя данные опытных станций по водному режиму почв, приходит к выводу, что глубокая вспашка чернозёмных и каштановых почв не ведёт к лучшему накоплению и сохранению почвенной влаги.
При достаточном выпадении осадков нулевая обработка также уступает всем остальным приёмам вследствие большего стока талых вод весной, хотя оставление почвы без основной обработки в засушливых условиях не приводит к уменьшению накопления влаги (Слесарёв, 1991; Рябов и др., 1992; Бровкин, Никитаева, 1996).
В настоящее время и в отечественных, и в зарубежных публикациях существует множество материалов исследований, порой противоречивых, по влиянию различных приёмов осенней основной обработки почвы, включая и чи- зельную, на режим влажности.
Ещё И.С.Усманов (1984) один из первых писал о равномерном распространении влаги по профилю пахотного слоя при проведении осенней основной обработки почвы чизельным плугом, что улучшало влагообеспеченность растений в течение вегетации.
Усреднённые данные влажности почвы за годы исследований В.И.Санковского (1986) также показали преимущество чизелевания. Так, под озимой рожью по вспашке (в % к абсолютно сухой почве) в слое 0-10 см было 13,8%, в слое 10-20 см -13%, а по чизелеванию соответственно 18,3 и 17,9%» влажности. Аналогичные данные получены по обработкам под ячмень.
Последние публикации на обширном цифровом материале показывают преимущество чизельной основной обработки в сравнении с другими способами в создании лучшего водно-воздушного режима пахотного и особенно подпахотного горизонта почвы (Буряков и др.,1985; Пупонин, Матюк, Манолий, Верещак, 1988; Пупонин, Матюк, Манолий, Платонов, 1988; Ревякин, Просвирин, 1990 (а, б); Сдобников и др.,1991 (а, б); БрПёе, БеШеИ, 1986).
Так, Ю.П.Буряков и др. (1985) показали, что за годы проведения опытов глубокое чизельное рыхление почвы поперёк склона обеспечило усвоение осадков на 27 мм больше, чем на варианте со вспашкой. Повышение запасов влаги при такой обработке наблюдалось не только в верхних, но и в нижних слоях почвы, что имеет важное значение для степной зоны Украины. Проникновение влаги в глубокие слои почвы позволяет более продуктивно использовать её для формирования урожая, здесь она меньше подвержена непродуктивным потерям от испарения во время засухи.
И.А.Пабат (1986) отмечает, что чизельная обработка на склоне 1-5 обеспечила полное регулирование стока талых вод благодаря неразрыхленным скрытым гребням внутри почвы и пожнивным остаткам, прикрывающим поверхность пашни. К такому же мнению пришли по результатам своих исследований А.И.Пупонин и Н.С.Матюк (1986), Г.Ю.Третьякова и Н.П.Епифанова (1987), И.С.Кочетов (1988), В.П.Цветков (1991) и другие.
М.Г.Сираев и Я.Т.Суюндуков (1995) также показали, что на запасы доступной влаги существенное влияние оказали обработка почвы и предшественники. На посевах яровой пшеницы по чистому пару наибольшее количество влаги накапливалось по вспашке и плоскорезной обработке (138,2 и 134,8 мм/м), несколько уступала им чизельная обработка (125,1 мм/м) и значительно -минимальная (114,7 мм/м). А при повторном размещении яровой пшеницы по яровой пшенице наибольшие запасы весенней влаги были на чизельной обработке и составили 119,8 мм/м.
При достаточно ровных весенних запасах влаги по всем вариантам основной обработки почвы (по вспашке - 133,4 мм, по плоскорезной - 130,3 мм, по чизельной - 133,4 мм, по минимальной - 127,8 мм) чизельная обработка создавала условия для более рационального использования водных ресурсов в условиях Зауралья Башкортостана (Кантюков, 2000).
Запасы влаги в метровом слое почвы на вариантах с чизельной обработкой были выше на 10-15 мм, а её использование более продуктивным (Пупо- нин, Матюк, 1986). Коэффициент водопотребления при этом оказался ниже у ячменя на 6-13%, у картофеля - на 11-15%, у горохово-овсяной смеси на 1218%, а у озимой пшеницы - на 13-26%). Эти показатели нашли подтверждение в более поздних исследованиях авторов (Пупонин, Матюк, Манолий, Верещак, 1988). Как и многие другие исследователи они считали, что на элементы водно -воздушного режима чизелевание имеет более чёткое воздействие в экстремальные по увлажнению годы. Кроме того отмечалось, что при чизельной обработке пористость почвы повышалась на 40-70%, возрастала её фильтрационная способность и влагоёмкость почвы.
Использование чизельного плуга для основной обработки почвы позволило накопить на 7,2% больше запасов продуктивной влаги в сравнении с отвальной обработкой в опытах И.М.Панова и др. (1983). Аналогичные результаты были получены в исследованиях А.К.Дубового (1986), А.С.Найдёнова, В.М.Кильдюшина, П.П.Лукьяненко (1986), А.С.Найдёнова, В.М.Кильдюшина (1988), А.С.Тарасова и др.(1988) и т. д.
Так, A.K.Дубовой (1986) отмечал, что весенние запасы продуктивной влаги в 1,5 м слое почвы в среднем за 2 года были на 8-44% больше, чем по вспашке.
К.И.Саранин, В.Н.Шептухов (1985), А.И.Пупонин, Н.С.Матюк, Г.Г.Ма- нолия, Д.В.Верещак (1988) и другие обнаружили, что благодаря глубокому чи- зелеванию достигается отвод в нижние горизонты избытка влаги в период снеготаяния из обрабатываемого слоя почвы по разрыхленным участкам, образовавшимся в местах прохода лап чизеля, что способствовало созреванию почвы весной на 2-3 суток раньше, чем по другим фонам. Влажность почвы в местах прохода лап была на 4-6% выше, а в среднем по полю -на 1-2%. Влага здесь аккумулировалась на глубине 35-60 см и повышенная влажность почвы сохранялась в течение всего вегетационного периода. По мнению авторов подпахотное рыхление чизельными орудиями позволяет дополнительно накопить в метровом слое почвы 6-13 мм влаги, способствует более быстрому созреванию почвы весной за счет отвода и аккумуляции избытка влаги в слое почвы ниже 30 см, благодаря чему может служить мероприятием по борьбе с водной эрозией почв.
В опытах М.С.Авальбаева (1998) между вариантами почвозащитной обработки по запасам продуктивной влаги большой разницы не обнаружено. В то же время весной и в фазе кущения за все годы исследований на вариантах чи- зельных обработок данный показатель был несколько выше, чем на других безотвальных вариантах и на 14,9 мм больше, чем на вспашке.
Зарубежные авторы также указывают на более эффективное использование влаги на вариантах чизельной обработки почвы (Johnson, Lowery, Daniel, 1984; Chaudhary, Gajri, Prihar, Khera, 1985 и др.)
Некоторые исследователи считают, что применение комбинированных способов основной обработки имеет положительное влияние на влагонакопле- ние. Наблюдения за влажностью почвы Тамбовским НИИСХ показали, что наибольшие продуктивные запасы влаги образуются по отвально-чизельной обработке, из четырех испытываемых способов. Так, запасы влаги в 1 м слое почвы по данной обработке были выше перед посевом ячменя на 7 мм (206,7 мм) и на 18,7 мм (197,3 мм) перед посевом кукурузы по сравнению с контролем. Остальные варианты несколько уступали контролю (Фёдоров, Воронцов, 1995). Кроме того, в данных опытах прослеживалось увеличение количества водопрочных агрегатов на вышеуказанной обработке в среднем по полям севооборота на 0,7-5,6 %.
Значительное место в увеличении весенних запасов влаги в почве занимают зимние осадки. Наличие стерни на поверхности почвы способствует большему накоплению снега в зимний период, а следовательно и влаги (Кафа- рена, 1970; Иванов, 1971; Бакаев, 1972; Шабаев, 1973). К.А.Тимирязев своё отношение к значению твердых осадков выразил следующим образом : «На нашей хлеборобной равнине, очевидно, главную роль должно играть сохранение осенних, а еще важнее весенних вод и задержание той массы в краткий срок пребывающей и стекающей без пользы воды, которую дают тающие снега».
В.Н.Зайцев (1987) отмечал, что мощность снежного покрова была выше на 0,5-4 см по почвозащитным обработкам, включительно и чизельную, по сравнению со вспашкой. Благодаря чему почва на этих вариантах промерзала меньше, что в свою очередь способствовало лучшему впитыванию и накоплению влаги.
В зонах неустойчивого и недостаточного увлажнения роль основной обработки почвы, как главного регулятора процесса накопления и рационального расходования влаги, значительно возрастает и становится определяющей. Как указывает П.Н.Ренгач (1999), лучшее накопление влаги в почве к периоду выращивания сахарной свеклы обеспечивала глубокая чизельная обработка под свеклу на фоне двухярусной вспашки под чёрный пар. На этом варианте водопроницаемость составила в среднем за 3 года 3,22 мм/мин, а при обычной вспашке —2,57 мм/мин.
В опытах Г.Ю.Третьяковой и Н.П.Епифановой (1987), проведённых на слабопроницаемых переувлажнённых почвах, водопроницаемость их на чи- зельной обработке увеличилась в 7 раз по сравнению с контролем, объёмная масса уменьшилась на 10-15% , а порозность увеличилась на 9-18%. Повышение фильтрационной способности почвы в 5-8 раз при чизельной обработке отмечался также и в исследованиях Р.А.Салихова (1987), при этом увеличивалась водоудерживающая способность, а в засушливые годы и запас влаги в метровом слое почвы.
На повышение водопроницаемости почвы на фоне чизельной обработки указывается в трудах многих вышеприведённых авторов. Так, в исследованиях И.А.Пабата и др.(1990) данный показатель был в 1,2-1,3 раза выше, чем на контрольном варианте. При чём благодаря тому, что влага на этом варианте быстрее просачивается в почву и не теряется на непродуктивное испарение, то и по накоплению её к весне чизельная обработка превосходила абсолютные величины по вспашке и плоскорезному рыхлению на 17-19 мм.
Повышение водопроницаемости серой лесной почвы в 1.2-1,5 раза при чизельной обработке выявил в своих опытах Н.И.Драган. Кроме того, им установлено, что применение чизеля для основной обработки позволяет дополнительно накопить 13-25 мм влаги.
Наибольшей водопроницаемостью в среднем за 6 часов на чернозёмах Зауралья РБ в исследованиях В.А.Кантюкова (2000) характеризовался чизель- ный вариант обработки (4,20 мм/мин), наименьшей - вариант без осенней обработки (2,75 мм/мин). Но все варианты с почвозащитной обработкой имели значительно высокий показатель водопроницаемости: плоскорез - на 16,5%, стойки СибИМЭ - на 24,3%, параплау - на 24,9%, чизель - на 35,9%.
Аналогичные результаты получены как отечественными, так и зарубежными исследователями (Пупонин, Матюк, 1986; Ревякин, Просвирин, 1990 а; Hargrove, 1985 и др.)
А.А.Измаильским, А.Н.Шишкиным, П.А.Костычевым и Г.Н.Высоцким и другими уделялось много внимания изучению водоудерживающей способности почвы - способности в полевых условиях при глубоком залегании грунтовых вод длительное время удерживать некоторое максимальное количество воды.
На повышение влагоёмкости при чизельной основной обработке по сравнению со вспашкой указывали в своих исследованиях И.А.Пабат, А.И.Горбатенко, С.Е.Букин (1990), Н.В.Багдасаров, В.Л.Мушар (1991) и другие.
Подводя итоги, мы можем отметить, что по вопросам изменения агрофизических свойств почв на фоне чизельной основной обработки нет единого мнения среди исследователей, однако результаты большинства опытов указывают на положительный эффект от применения чизельных орудий.
1.3 Изменение содержания питательных элементов и гумуса в зависимости от способа основной обработки почвы
Наличие в почве элементов питания в доступных для растений формах является одним из главных факторов, оказывающих влияние на величину урожая сельскохозяйственных культур. В значительной степени способность почвы накапливать питательные вещества зависит от приёмов основной обработки почвы.
Особенно в условиях интенсивного земледелия обработка почвы является одной из решающих факторов в регулировании гумусового режима. Содержание общего гумуса в почве в большей мере характеризует потенциальное плодородие. Эффективное плодородие почвы определяется содержанием лабильных гумусовых веществ - наиболее трансформируемой частью гумуса. Даже относительно небольшое уменьшение содержания гумуса может служить причиной неблагоприятных изменений агрофизических свойств почв, если дегу- мификация происходит за счёт потери подвижных, активных компонентов органического вещества. По мере роста содержания гумуса снижается влияние на урожайность растений различий в гранулометрическом составе и кислотности почв и усиливается влияние содержания подвижного фосфора. Существенно различны и обратные взаимосвязи. При неблагоприятном для растений состоянии гранулометрического состава и кислотности почв растёт влияние степени гумусированности почв. При оптимальных состояниях этих свойств значение гумусированности почв минимально (Семёнов, 1992). Потеря 1 см мощности гумусированного слоя приводит к недополучению 40 кг/га зерновой продукции или в пересчёте на 1% содержания гумуса -50-200 кг/га (Гарифуллин и др., 1986).
Интенсивное механическое воздействие способствует большому уменьшению количества лабильного гумуса, что вызывает существенное снижение эффективного плодородия почвы даже при относительно высоком уровне содержания общего гумуса (Чесняк, 1980; Дьяконова, Булеева, Когут, 1981; Жуков, 1990; Романов, Макарова, 1992).
Установлено повышение содержания лабильных фракций гумуса и снижение интенсивности процессов минерализации органического вещества в зависимости от степени минимализации обработки почвы (Багаутдинов, Сали- шев, Гарипов, Фаизов, 1992).
Результаты исследований Сибирского НИИЗиХ показали, что в северной лесостепи Новосибирской области на серых лесных почвах наиболее эффективной является чизельная обработка почвы на глубину 35-37см. На данном варианте обработки почвы было отмечено достоверное увеличение содержания гумуса в пахотном слое почвы. Кроме того и плотность сложения не выходила за рамки оптимума (Иодко и др., 1992).
В литературе приводятся разные результаты по влиянию безотвальных обработок на содержание гумуса в почвах. Так, исследования И.Н.Лебедевой (1986) показывают, что безотвальные обработки не сокращают потери гумуса в выщелоченных чернозёмах Зауралья, а в чернозёмах Сибири данные потери заметно сокращаются.
Н.К.Шикула и др. (1987) считают, что бесплужная обработка чернозёмов обеспечивает расширенное воспроизводство гумуса. По данным других исследований, выполненных в различных регионах страны, в том числе и на Украине, факт воспроизводства гумуса в почвах под влиянием безотвальных обработок не подтверждается (Лыков, 1982; Горбачёва, 1983; Витер, Новичихин, 1984; Зубенко, Якименко и др., 1987)
По данным Л.И.Никифоренко (1989) при безотвальных обработках содержание гумуса уменьшается в нижних слоях корнеобитаемого слоя при относительно небольшом увеличении в верхних слоях. Изменения в содержании гумуса, как правило, не превышают 0,2-0,3%. Такое незначительное увеличение невозможно считать расширенным воспроизводством гумуса в почвах. Однако локализация в приповерхностных слоях почвы растительных остатков, органических удобрений имеет почвозащитное значение. Позднее автор указывает на то, что благодаря сохранению и незначительному увеличению содержания гумуса возрастает в 1,5-2 раза противоэрозионная устойчивость почвы, чем при обычной вспашке и обеспечивается лучшая оструктуренность (Никифорен- ко, 1990).
Многие исследователи всё же считают, что безотвальные способы обработки, включая чизельную, способствуют увеличению гумуса в почве. Так, применение данных обработок на чернозёмах типичных Предуралья Башкортостана повысило содержание гумуса на 0,19 абс.% за ротацию 6-польного зерно- паропропашного севооборота (Багаутдинов и др., 1992).
Изменения содержания гумуса при обработке почвы различными способами ввиду относительной непродолжительности исследований зафиксировать очень непросто, тем не менее некоторые авторы приводят данные, полученные в ходе длительных опытов. Так, в эксперименте Х.Б.Дусаева (1990) после 8- летнего применения безотвальной обработки накопление гумуса по сравнению с отвальной составило в слое 0-30 см 0,06-0,15%). А по свидетельству И.И.Долотина (1995), ежегодное в течение 26 лет применение безотвальной обработки чернозёма южного увеличило содержание гумуса в нём до 5,21%) в слое 0-12 см и до 5% в слое 12-21 см, при исходном содержании 4,15%.
Использование почвозащитной технологии обработки на чернозёмах южных Северного Казахстана в течение 19 лет привело к увеличению содержания гумуса в сравнении со вспашкой в слое 0-10 см на 0,33 абс.%, в слое 10-20 см- на 0,18 абс,% (Зайцева, Охинько и др., 1979).
По оценке В.И.Кирюшина и И.Н.Лебедевой (1984), прирост гумуса при замене вспашки на почвозащитные обработки происходит под влиянием нескольких факторов. Кроме увеличения коэффициента гумификации растительных остатков, большое значение имеет сокращение потерь гумуса от эрозии и от минерализации почвенной биоты. Уменьшение биологических потерь гумуса на южных чернозёмах Северного Казахстана при использовании безотвальных обработок составляет в сравнении со вспашкой в среднем 100-200 кг/га в год.
Проводя свои исследования на дерново-подзолистых почвах Г.В.Сим- ченков (1991) также установил, что общая направленность микробиологических процессов создает условия для накопления гумуса при чизельной и плоскорезной обработках. Прирост коэффициента гумификации по этим способам обработки по сравнению со вспашкой составил 22,9-26,3%.
Содержание питательных веществ в двухлетних опытах М.С.Авальбаева (1998) определялось в 0-20 см слое почвы в начале и в конце вегетации яровой пшеницы. Результаты исследований показали, что по содержанию нитратного азота в начале вегетации растений варианты с почвозащитной системой обработки несколько уступали аналогичным показателям на фоне вспашки (на 7,79,5%). Однако среди почвозащитных вариантов обработки лучшие результаты были получены на фоне чизельных обработок. К концу вегетации содержание нитратного азота на всех вариантах снизилось и практически выровнялось. Автор, как и другие исследователи, объясняет этот факт тем, что поля, обработанные безотвальными орудиями, более увлажнены и сверху покрыты стернёй, вследствие чего почва весной медленнее прогревается и процессы нитрификации протекают в ней менее активно.
По содержанию подвижного фосфора в пахотном слое значительных различий между способами обработки не было обнаружено: 9,5-10,1- в начале вегетации и 8,7-9,1 мг/100 г почвы- в конце вегетации. Причём 10,1 и 9,1 мг/100 г почвы соответственно содержалось на фоне чизельных обработок, а 9,5 и 8,7 - на варианте вспашки.
Ю.П.Буряков, В.С.Циков и др. (1985) в результате своих исследований установили зависимость содержания нитратного азота в почве от условий увлажнения: чем меньше выпадает осадков за период вегетации, тем больше его содержание на фоне чизельной (консервирующей) обработки. Во все сроки наблюдения содержание данного элемента питания по чизельной обработке было несколько выше, чем по вспашке. Также ими отмечены повышенные количества подвижного фосфора и обменного калия практически во все сроки наблюдения при консервирующей обработке по сравнению с контролем. При этом отмечено сосредоточение данных элементов преимущественно в верхнем слое почвы. Исследователи сделали вывод о том, что при чизельной обработке складывается более благоприятный пищевой режим почвы. Данные выводы согласуются с результатами работ В.И.Санковского (1986).
Содержание минеральных форм азота весной было примерно одинаковым под возделываемыми культурами по всем системам обработки в исследованиях C.Lewis (1983). Содержание азота по чизельной и нулевой обработкам возросло соответственно на 10 и 3 мг/кг, а по минимальной уменьшилось на 10 мг/кг почвы. В пару при нулевой и минимальной обработках накапливалось практически одинаковое количество азота, а при чизельной (контроль)- в два раза больше.
В.А.Фёдоров, В.А.Воронцов, как и некоторые другие исследователи, указывали на увеличение содержания питательных элементов при комбинированных способах обработки почвы. В исследованиях указанных авторов отвально- чизельная обработка положительно влияла на содержание подвижного фосфора и обменного калия в пахотном слое почвы, где содержалось этих элементов перед посевом ранних яровых зерновых соответственно 13,0 и 16,6 мг/кг, а перед посевом кукурузы- 13,1 и 18,5 мг/кг почвы (на контроле соответственно 12,3 и 15,5 мг/кг; 10,7 и 14,7 мг/кг почвы).
Исследованиями W.Hargrove (1985) установлено, что при чизельной и других почвозащитных обработках содержание фосфора и калия в растениях было не ниже, чем при отвальной обработке.
Однако на некоторое ухудшение агрохимических показателей при чи- зельной обработке в слое почвы 20-30 см по сравнению с глубокой вспашкой обнаружили в своих опытах Н.Н.Третьякова и В.А.Шевченко (1990), а J.C.Siemens, J.K.Mitchell (1988) по результатам исследований указывали на более благоприятный пищевой режим почвы при вспашке по сравнению с почвозащитными, включая чизельную, обработками. К такому же выводу пришли и некоторые другие исследователи.
Таким образом, однозначно судить о содержании питательных элементов в почве в зависимости от способа основной обработки невозможно так же, как и об изменениях других свойств почвы.
1.4 Влияние способов основной обработки почвы на засоренность посевов сельскохозяйственных культур
Сорные растения причиняют огромный вред земледелию. Они снижают урожайность и ухудшают качество продукции. Среди агротехнических мер борьбы с сорняками главное место занимает основная обработка почвы, которая может быть различной в зависимости от почвенно-климатических условий, предшественника и условий возделывания той или иной культуры.
Об эффективности различных приёмов обработки в борьбе с сорной растительностью единого мнения нет, но большинство исследователей отдают предпочтение сочетанию механических обработок с химическими (Буров, 1972; Колмаков, Нестеренко, 1981; Циков и др., 1990).
Например, в исследованиях Н.В.Коломиец (1993) засоренность культур севооборота по безотвальным фонам была выше в 1,7-2,1 раза, и лишь при умелом сочетании отвальных и безотвальных приёмов обработки почвы и контролируемом применении гербицидов можно было рассчитывать на решение проблемы сорняков и получение высоких урожаев. Наиболее положительно свекла в севообороте реагировала на глубокое чизельное рыхление из 11 испытываемых способов основной обработки почвы. Густота культурных растений к
РОСпр'т^л.а 41 ГОСУД
БИБЛххоХ^М.
уборке после чизелевания была на 9-14 % выше, чем на остальных вариантах, а урожай сахарной свеклы - на 19-31 ц/га, кормовой - на 76-108 ц/га.
Результаты исследований Г.И.Баздырева, С.Л.Дорджиева (1991) показали, что произрастание сорной растительности в агрофитоценозе с яровыми зерновыми культурами зависело от обработки почвы, насыщения севооборота гербицидами и элементов склона. Существенное влияние на обилие сорняков оказали погодные условия вегетационного периода.
Как отмечают авторы, причиной интенсивного нарастания вегетативной массы сорняков на безотвальных обработках является прежде всего более быстрое отрастание ранних яровых, озимых и зимующих сорняков, которые в большом количестве накапливаются в верхнем 5-сантиметровом слое почвы. По данным исследователей засоренность посевов по вариантам безотвальной обработки была на 25-30% выше, чем на обычной вспашке. Применение гербицидов в зависимости от степени насыщения ими севооборота и системы обработки почвы позволило снизить потенциальную засоренность до 1,8 раза. Наибольшая вредоносность сорняков наблюдалась в начальные фазы развития культуры. Например, удаление сорняков в фазы всходов и кущения позволило получить достоверную прибавку урожайности овса по обычной обработке 5,4 и 3,2, по плоскорезной - 13,3 и 11,4, по минимальной - 12,6 ц/га. Подводя итог, авторы указывают, что использование почвозащитных технологий без гербицидов приводит к существенному повышению запаса семян сорняков в почве.
А.В.Фисюнов и В.Ф.Крёз (1982) также объясняют высокую засоренность посевов на безотвальных обработках тем, что основная масса (63-70 %) свеже- осыпавшихся семян сорняков сосредотачивается в самом верхнем слое почвы, что и обусловливает более высокую засорённость, в то время как по вспашке в слое 0-5 см остаётся лишь 1,2 % семян, а в слое 1-10 см - 1 % исходной засорённости.
Наблюдения М.С.Авальбаева (1998) показали, что засорённость по почвозащитным способам обработки почвы была выше как по количеству, так и по воздушно- сухой массе соответственно на 52,9-64,3 % и 40,7-46,5 % по сравнению со вспашкой. Среди них по чизельным обработкам меньше всех насчитывалось как малолетних, так и многолетних сорняков.
По результатам исследований, проведённых в Зауралье, отмечено, что все приёмы почвозащитной технологии обработки почвы с оставлением стерни на поверхности отрицательно повлияли на урожайность кукурузы, кроме обычной отвальной вспашки, из-за большей засорённости и снизили её урожай на 2633% (Адаптивные системы земледелия..., 1998; Сираев, 2000).
Напротив, результаты исследований (Summary...,1982а) показывают, что урожайность кукурузы была наибольшей при традиционной обработке почвы (чизелевании)- 45,5-57,4 ц/га, а на всех остальных изучаемых вариантах сильная засорённость многолетними сорняками вела к существенному снижению урожайности -до 21,7-32,2 ц/га. Аналогичные результаты были получены в исследованиях И.С.Усманова (1984), В.В.Михеева, И.Н.Фролова и др.(1995).В работах многих авторов указывается на выравнивание численности сорняков по разным способам основной обработки почвы при применении химических средств борьбы. Так, в опытах В.И.Санковского (1985) было установлено, что до применения гербицидов на вариантах с чизельной обработкой количество сорняков было больше в посевах ржи на 62%, а ячменя- на 24% по сравнению с контролем. Но после опрыскивания гербицидом засорённость посевов по вариантам опыта была практически одинаковой.
Применение 2,4-Д и иллоксана в опытах Л.Н.Иодко, Г.Е.Иодко и др. (1989) также устранило преимущество вспашки перед чизельной и другими безотвальными обработками по наименьшей численности сорняков вплоть до уборки урожая, хотя до проведения химпрополки засорённость посевов яровой пшеницы по безотвальным обработкам была несколько выше.
Предпосевное внесение гербицидов под кукурузу и сою при традиционной, плоскорезной, чизельной, нулевой +традиционной обработках и дисковании позволило вывести посевы на равные позиции по засорённости и исключило потери урожая из-за сорняков в исследованиях J.W.Hummel, L.M.Wax (1985).
Некоторые исследователи отмечают, что при обработке почвы чизелем происходит изменение типа засорённости, количество многолетних сорняков увеличивается. Например, И.С.Кочетов, А.Д.Прудников и др.(1994) указывают, что на варианте чизельной обработки почвы многолетних сорняков в посевах сеяных многолетних трав было несколько больше, чем при дисковании, хотя общая засорённость - почти одинаковой. В конце вегетации на варианте вспашки воздушно-сухая масса сорняков оказалась примерно в 2 раза меньше, чем при чизелевании и дисковании.
Практически все варианты чизельной обработки, кроме варианта с небольшой глубиной обработки, имели достоверно большее засорение в сравнении с контролем (вспашкой) в исследованиях М.Л.Цветкова (1998).
Возрастала засорённость многолетними сорняками при чизельной обработке и в исследованиях М.Н.Герасимова, И.Я.Ремезюка (1987), М.И.Комарова, М.Н.Герасимова (1988), Н.В.Коломиец (1993), Ю.И.Митрофанова (1993). Они отмечали, что засорённость посевов на данном варианте перед уборкой была в 1,5-2 раза выше, чем на фоне вспашки.
Сильное засорение посевов, особенно в начале вегетации и во влажные годы после поздноубираемых культур наблюдали в своих исследованиях И.А.Пабат и А.И.Горбатенко (19886). Дополнительное увеличение степени и пестроты засорённости посевов при чизельной обработке авторы объясняют концентрацией семян однолетних и побегов многолетних сорняков в поверхностном слое почвы. Обобщая результаты своих исследований они показывают, что в борьбе с сорной растительностью чизельная обработка, как и другие способы безотвальной обработки почвы, имеют преимущество перед вспашкой только если они применяются после раноубираемых предшественников - озимой пшеницы, ячменя, овса, гороха, трав на зелёный корм и других.
Подводя итоги своих опытов Ф.Л.Шлычков (1987), В.Г.Квач и др.(1989), Е.Л.Ревякин, В.Г.Просвирин (19906) делают вывод о том, что на полях, сильно засорённых корневищными сорняками, чизелевание менее эффективно, чем вспашка и рекомендуют не применять чизельные плуги на таких участках. Они считают, что во всех зонах страны периодичность чизельной обработки должна определяться составом культур, почвенными условиями и характером засорённости.
По разному влияли различные системы основной обработки почвы на засорённость посевов в опытах Н.Х.Грабака и др.(1989) и В.А.Фёдорова, В.А.Воронцова (1995) и только при отвально-безотвальной (с применением плоскорезов и чизелей ПЧ-4,5 и ПЧ-2,5 для безотвальной обработки) в первом случае и отвально-чизельной во втором случае отмечено снижение массы сорняков и увеличение продуктивности культур по сравнению со вспашкой.
1.5 Продуктивность посевов сельскохозяйственных культур в зависимости от способов основной обработки почвы и их эффективность
Итоговым показателем влияния изучаемых факторов и различных технологий возделывания сельскохозяйственных культур, как известно, является урожайность. С этим конечным показателем должны быть сопоставлены и затраты энергии. Это имеет непосредственное отношение и к основной обработке почвы. Начиная с 80-ых годов прошлого столетия, в нашей стране проводятся интенсивные исследования по основной обработке почвы под многие сельскохозяйственные культуры с использованием чизельных орудий. За этот период накоплен достаточно большой опытный материал, в основном положительного характера.
Улучшение агрофизических и агрохимических свойств почвы при чизе- левании обеспечило получение более высокого урожая озимой ржи и ячменя на 2,7 и 2,6 ц/га соответственно по сравнению со вспашкой и по 4,2 ц/га больше, чем при плоскорезной обработке. Замена вспашки под озимые чизельной обработкой снизило энергозатраты на почвообработку на 30-35% (Санковский, 1986; Фисенко, 1999).
Повышение урожая озимых зерновых культур при использовании чизеля для основной обработки зафиксировал в своих работах целый ряд исследователей (Пупонин, Матюк, Манолий, 1984; Усманов, 1984; Санковский, 1985; Шеп- тухов, Федорищев и др.,1987; Пупонин, Матюк, Манолий, Верещак, 1988; Пупонин, Матюк, Манолий, Платонов, 1988; Заленский, 1989; Лотфуллин, 1989; Коломиец, Драган, 1991; Симченков, 1991; Кильдюшин, Найдёнов, 1992; Ладо- нин, Пабат и др., 1996).
В Белорусской сельскохозяйственной академии на супесчаных дерново- подзолистых почвах испытывали следующие варианты основной обработки почвы: дискование и чизелевание, чизелевание и культивация, вспашка и культивация. Урожайность озимой ржи по вариантам составила соответственно 33,1; 29,7 и 31,4 ц/та. Расход горючего (в кг/га) составил при дисковании - 3,8; чизелевании - 5,4; культивации - 4,2; вспашке - 14,4 (Заленский, 1989).
Озимая рожь по изучаемым вариантам обработки на дерново- подзолистых суглинистых почвах в сравнении с контролем не дала существенных прибавок в опытах Н.И.Афанасьева (1991). Однако для ячменя наиболее эффективным приёмом обработки в данных исследованиях стало чизелевание на 20-25 см и весеннее рыхление на 35-40 см,- прибавка составила 2,8 ц/га. Существенные прибавки овса были получены также на вышеуказанном варианте (6,8 ц/га), при осеннем рыхлении на 35-40 см прибавка составила 4,9 ц/га, при чизелевании на 20-25 см и осеннем рыхлении на 35-40 см - 5,7 ц/га.
На легкосуглинистой почве, как и на связносупесчаной, чизелевание не уступает вспашке. Но существенная прибавка урожая и здесь была получена только при глубоком рыхлении, причём более эффективным было весеннее.
Исследования Краснодарского НИИСХ, проведённые на карбонатных тяжелосуглинистых мощных чернозёмах показали, что урожайность зерна подсолнечника с применением чизельного плуга увеличивалась на 2,9 ц/га, или на 16,3% по сравнению с вариантом, где для основной обработки почвы использовался традиционный плуг (Сенченко, Сергеева, Найденов, 1986). Аналогичные результаты получили ЕЛ.О^ЬеЛ (1987) и другие.
Достоверные прибавки урожайности яровых зерновых культур до 50% по чизельной обработке в сравнении с контролем получили в своих исследованиях
А.И.Пупонин, В.Н.Маймусов и др.(1983), Т.А.Ардабаев, Р.А.Сайлибаев (1984), И.С.Усманов (1984), В.И.Санковский (1985), В.Н.Шептухов, В.Н.Федорищев и др.(1987), А.И.Пупонин, Н.С.Матюк, Г.Г.Манолий, Д.В.Верещак (1988), А.И.Пупонин, Б.А.Смирнов, А.В.Захаренко (1988а,б), Н.И.Афанасьев (1991), Г.В.Симченков (1991), А.И.Пупонин, А.В.Захаренко, К.Ш.Дебердеев (1992), C.Lewis (1983), D.Little (1983), L.A.Spilde, E.J.Delbert (1986) и др.; клубней картофеля до 30 % и повышение их товарности до 5 % - в своих опытах А.И.Пупонин, Н.С.Матюк, Н.П.Липецкий, Г.Г.Манолий (1984), А.М.Гордеев и др.(1986), Н.И.Афанасьев и др.(1988), А.М.Гордеев и др.(1990), Л.В.Ильина, Е.И.Ива- ницкая (1991), Г.В.Симченков (19991) и т.д.; до 37 ц/га зеленой массы и до 16% зерна кукурузы - в исследовательских работах В.Н.Зайцев (1987), по материалам ВНИИТЭИАгропром (1987), А.С.Найденов, В.М.Кильдюшин (1988), И.А.Пабат, А.И.Горбатенко (1988 а,б), А.П.Плюснин и др.(1988), В.П.Цветков (1991), В.М.Кильдюшин, А.С.Найденов (1992), Е.В.Полуэктов, В.П.Цветков (1993), С.М.Вьюгин, А.М.Гордеев и др.(1994), R.Adeoye (1982), Summary of...(1982b), Anon. Does starter really...(1990) и другие.
Имеется множество исследований как отечественных, так и зарубежных, где на конкретном цифровом материале показана высокая эффективность чизе- левания почвы под ту или иную культуру. Например, В.А.Фёдоров, В.А.Воронцов (1995) выявили повышение урожая гороха; А.П.Плюснин, А.Н.Кравченко
, Н.В.Коломиец (1993)- сахарной свеклы; В.Н.Шептухов, В.Н.Федорищев и др.(1987), А.П.Плюснин и др.(1988), С.С.Сдобников и др. (1991 а,б), Н.В.Коломиец (1993)- кормовой свеклы; А.И.Пупонин, В.Н.Май- мусов и др.(1983), И.С.Усманов (1984), И.С.Кочетов, А.Д.Прудников и др. (1994) - однолетних травосмесей и многолетних трав; по материалам ВНИИТЭИАгропром
, E.Hairston etc. (1984) - сои, рапса; K.Adeoye (1982) - хлопчатника; Д.К.Футкарадзе и др.(1989)- капусты и моркови.
Некоторые исследователи склоняются к пропаганде комбинированных систем основной обработки почвы. Так, опыты В.А.Фёдорова и В.А.Воронцова (1995) показали, что на чернозёмных почвах целесообразно рекомендовать менее энергоемкие отвально-чизельные системы обработки почвы. Они отмечают, что наибольшая продуктивность 1 га севооборотной площади обеспечивалась при указанной обработке, составляющая 34,5 ц/га зерновых единиц, что на 1,3 ц выше, чем по разноглубинной отвальной обработке при одновременном уменьшении затрат труда и экономии горючего. При этом условно- чистый доход повысился на 9,3-11,4%, уровень рентабельности- на 15,3-18,9%).
Целый ряд исследователей изучали эффективность чизельной обработки почвы не только под отдельно взятыми культурами, но и в целом по севообороту (Пупонин, Матюк, 1986; Пупонин, Матюк, Манолий, Верещак, 1988; Сим- ченков, 1991; Иодко и др., 1992; Коломиец, 1993; Фёдоров, Воронцов, 1995 и т.д.).
Так, эффективной была замена вспашки чизелеванием с предварительным лущением жнивья в опытах Г.В.Симченкова (1991). В зерновом севообороте урожайность ячменя по вспашке составила 55,3; озимой ржи - 44,0; овса - 39,5 ц/га, а по чизелеванию (100%) - соответственно 57,6; 44,2; 39,7 ц/га, то есть отмечалась тенденция к увеличению урожаев при чизельной обработке. Преимущество чизеля было замечено в годы с экстремальными погодными условиями.
На экспериментальной базе «Устье» в Оршанском районе Витебской области в последние годы свыше 50 % зерновых культур возделывают по чизельной обработке почвы, получая с каждого гектара по 50 ц зерна и более. Проведенные исследования выявили высокую эффективность разуплотнения почвы, вспаханной на зябь и обработанной чизелем.
Урожайность зерновых культур севооборота при чизельной обработке почвы (из 6 испытываемых способов) в исследованиях Л.Н.Иодко и др.(1992) была выше на 0,2-2,8 ц/га.
В опытах Н.В.Коломиец (1993) в среднем за ротацию севооборота большинство испытываемых систем обработки почвы по эффективности были практически равноценны- 8,25-8,48 тыс. кормовых единиц с 1 га. Только по чизель- ному рыхлению благодаря улучшению агрофизических свойств почвы, особенно подпахотного горизонта, а также увеличению мощности корнеобитаемого слоя была достигнута более существенная прибавка продуктивности, составившая 0,31- 0,58 тыс. кормовых единиц с 1 га (3,6-6,8 %).
В зерновой и общей продуктивности зернопаропропашного севооборота проявилось положительное влияние чизельной обработки в опытах В.А.Кантюкова (2000), проведенных в Зауралье Башкортостана. На фоне применения удобрений при чизельной обработке общая продуктивность пашни составила 39,0 ц/га кормоединиц, что превосходило отвальную и минимальную системы обработки на 3 и 14 %.
Некоторые авторы в результате своих исследований не обнаружили чётко выраженной закономерности влияния способов основной обработки почвы на урожайность сельскохозяйственных культур, но с учетом водно-физических свойств лучшим вариантом всё же признавалась чизельная обработка.
Например, в опытах М.Г.Сираева, Я.Т.Суюндукова (1995) урожайность яровой пшеницы почти не зависела от способов обработки почвы, однако результаты проведенных опытов в Зауральской степной зоне РБ показали, что на обыкновенных чернозёмах чизельная обработка способствует формированию рыхлосложенного пахотного слоя с наилучшим структурным составом, поэтому данный способ обработки является наилучшим для указанных почв.
Несмотря на то, что большинство результатов исследований по продуктивности сельскохозяйственных культур при использовании чизеля для основной обработки почвы носят положительный характер , во многих работах была установлена либо незначительная, в пределах ошибки опыта , либо вообще не отмечена эффективность чизельной обработки почвы под различные культуры (Пупонин, Хохлов, 1984; Старовойтов, 1984; Буряков и др., 1985(6); Коробейников, 1986; Шлычков, 1987; Иодко и др.,1988, 1989; Ефимова, 1989; Фастюков, Морш, 1989; Назаренко, Тыминский, 1990; Пупонин и др.,1990; Иодко и др., 1991; Пупонин и др., 1992; Головко, Крамарев, Бондарь, 1993; Сираев, Суюнду- ков, 1995; Summary of...,1982а,b; Young, Lindstrom, Holt, 1983; Hummel, Wax, 1985; Samios, Photiades, 1985 и др.). В части опытов в различных странах проведение чизельной обработки приводило к снижению продуктивности посевов возделываемых культур (Кивер, Сахаров, Москаленко, 1986; Недбайло, Жуков, 1986; Герасимов, Ремезюк, 1987; по материалам ВНИИТЭИАгропром, 1987; Caliandro, De Gar, Gherbin, Cucci, 1990 и т.д.).
Однако одним из бесспорных преимуществ чизельных орудий по сравнению с отвальными плугами является их экономичность, в большей мере без снижения продуктивности возделываемых культур.
Так, согласуясь с экспериментальными данными многих авторов, результаты исследований Н.К.Шикулы, Г.В.Назаренко (1990) показывают, что для проведения вспашки на чернозёмах требуется затрат труда 3,1 чел.-час/га, в то время как при чизельной обработке они составляют 2,3 чел.-час/га.
Е.И.Рябов и др.(1992) отмечают, что при сравнительной оценке энергетических показателей различных приёмов основной обработки чернозёмных почв в сравнении со вспашкой отмечена экономия топлива при обработке плугами со стойками СибИМЭ на 12,2 %, плоскорезом-глубокорыхлителем КПГ-250 на 20,6 %, чизелем - на 40,7 %.
С повышением производительности труда снижаются и затраты времени на данную обработку. Так, по материалам ВНИИТЭИАгропрома (1987) на чи- зелевание требовалось в 2 раза меньше времени, чем на вспашку.
Аналогично выше приведенным работам множество исследователей свидетельствуют о снижении энергоемкости, повышении производительности и экономичности чизельной обработки по сравнению с отвальной (Коробейников, 1986; Плюснин и др., 1988; Пупонин, Смирнов, Захаренко, 1988 а,б; Квач и др., 1989; Гордеев и др., 1990; Ревякин, Просвирин, 1990 а; Багдасаров, Мушар, 1991; Богомолов, Сидорович, 1991; Пупонин и др., 1992; Ладонин и др., 1996; Little, 1983 и т.д.).
Нельзя не учитывать и вторичный экономический эффект от применения безотвальных орудий, которые имеют большой срок службы, а их более высокая производительность, и меньшая в расчете на 1 м захвата металлоемкость
позволяет сократить в целом балансовую стоимость парка сельскохозяйственных машин (Моргун, 1995).
Таким образом, анализ литературных источников показывает, что чи- зельные орудия обработки почвы проходят испытания в основном с положительным результатом. В некоторых странах дальнего и ближнего зарубежья данные орудия обработки почвы используются в экспериментах как контрольный вариант. Однако среди исследователей нет единого мнения о влиянии чизельной обработки на основные агрофизические свойства почвы, продуктивность культур и экономические показатели.
Одним из наиболее часто упоминаемых негативных проявлений чизельной обработки почвы является увеличение засоренности посевов, чего можно избежать правильным применением химических средств защиты растений.
Данные факты подтолкнули нас к изучению чизельного способа обработки почвы в степном Предуралье Башкортостана, в зоне недостаточного и неустойчивого увлажнения.
2 Объекты, методы и условия проведения исследований 2.1 Почвенно - климатические условия Предуральской степной зоны Башкортостана
Республика Башкортостан расположена в пределах Южного Урала и Предуралья. Восточная часть, за Уральским хребтом, относится к Азии, западная, представляющая наибольшую часть республики, - к Европе. Территория республики охватывает в общей сложности около 14294,6 тыс. га, по естественно-историческим условиям распадается на три неодинаковые площади и резко отличные провинции- Предуралье, Южный Урал и Зауралье. На долю Предуралья приходится - 65,5 %, Южного Урала с предгорьями - около 28 % и Зауралья - 6,5 % от общей территории (Природные условия...,1955; Научно обоснованные системы...,1990).
Общая площадь Предуралья составляет 27,6 тыс. кв. км. К северо- востоку от Белебеевской возвышенности до Прибельского увалисто-холмистого предгорья расположена полоса относительно выровненного рельефа с абсолютными отметками от 150 до 250 метров - Прибельское понижение - один из районов Предуралья.
Местность пологоволнистая, местами равнинная. Почвообразующие породы представлены глинами, мергелями и песчаниками Уфимской красноцвет- ной толщи. На западной окраине выступают отложения татарского яруса, на юго-западной и северо-западной- образования казанского яруса. Долины разветвленной сети рек - Ашкадара, Дёмы, Чермасана, Кармасана и других, расчленяя равнину, образуют волнистые, ассиметричные междуречья с пологими северными и восточными склонами и покатыми- южными и западными.
Район расположен на восточной окраине русской платформы, к северу от отрогов Общего Сырта, а с запада примыкает к Белебеевской возвышенности. В северной части район протягивается до левобережных Прибельских увалов в среднем течении реки Белой. Наблюдается общее понижение района с юга на север от 300 до 80 метров у устья реки Белой.
Основу геологического строения Уршак-Ашкадарской равнины, зоны исследований, составляют отложения Уфимского яруса верхнепермской системы. Возникшая за счет прогибания земной коры в неогене, эта равнинная территория по линии Аша - Охлебинино - Стерлитамак - Мелеуз сохранила фациаль- ные особенности процессов осадконакопления в результате проникновения с юга вод акчагыльской морской трансгресии (Богомолов, 1954).
Абсолютные высоты наиболее спокойных участков равнины достигают 220 м ,- они характерны для пойм и надпойменных террас. Относительные высоты террас р.Белой колеблются в пределах 4-7 м в пойме и первой надпойменной террасе, достигая 55-65 м- на пятой.
Длина овражно-балочной сети здесь менее 1км на 1 км площади, уклоны большей частью около 2, на повышениях - до 7. Характерны денудационные проявления, чему способствует деятельность рек, распространение относительно рыхлых наносов, большая распаханность (Почвы Башкортостана, 1995).
Основными почвообразующими породами в Предуральской степной зоне являются послетретичные отложения в виде делювиальных, элювиальных и элювио-делювиальных образований.
Делювиальные отложения развиты преимущественно в районах с достаточно выработанными формами рельефа. Наиболее широко они распространены в пределах зоны наших исследований. Делювиальные темно-бурые лёссовидные суглинки и глины- самые распространенные почвообразующие породы. Они неслоистые, слабосвязанные, пылеватые, с достаточно высокой фракцией ила, местами опесчаненные, сильноизвестковые. Карбонаты в виде псевдомицелия, реже- белоглазки присутствуют в количестве 3-12%, в них высокое содержание кремнезёма, гидроокиси железа и небольшое количество оснований (Кадильников, Тайчинов, 1973).
В связи с достаточно развитой гидрографической сетью на территории Предуральской степной зоны широко распространены почвообразующие аллювиальные отложения. Среди них встречаются галечники, гравий, пески, супеси, суглинки, глины, которые очень часто замещают друг друга в пределах поймы и надпойменных террас.
Для террас особенно характерны аллювиальные пески и супеси, которые являются слагающими пойм и надпойменных образований (Гарифуллин, Ишемьяров, 1987).
В гидрологическом отношении Дёмско-Ашкадарская волнистая равнина в основном характеризуется развитием уфимского аллювиального, элювио- делювиального и кунгурского водоносных горизонтов, а также поверхностных вод рек Уршака, Ашкадара, Дёмы и их притоков. Воды залегают на глубине от 2,5 до 20 м. Дебет колеблется от 0,6 до 6 л/сек. Воды пресные (с некоторой сульфатностью, достигающей 0,8-1,5 г на 1 литр), вполне пригодные для практических целей. Каптаж их возможен шахтными колодцами глубиной до 10 м и буровыми скважинами до 120 м (Природные условия..., 1955).
В целом, в Предуральской степной зоне комплекс почвообразующих пород варьирует по возрасту (от четвертичных до современных аллювиальных), по механическому составу (от тяжелых глин до песков), особенностям химического состава, мощности залегания и т.д. Однако распространены преимущественно глинистые и тяжелосуглинистые породы, с достаточно сильно развитой капиллярностью, на которых образуются почвы тяжелого механического состава с большим содержанием пыли и ила с небольшой мощностью почвенных горизонтов. Кроме того, гумусообразованию в почвах и ослаблению выщелачивания и оподзоливания способствует то, что большинство пород карбонатны. Однако нередко к развитию в почвах ряда отрицательных агрофизических свойств, обусловливающих способность к заиливанию, потере влаги в результате быстрого испарения, ослаблению эрозионной устойчивости и другим негативным проявлениям приводят избыточное содержание в породах кальция и их тяжелый механический состав.
Особенности макрорельефа многообразно влияют на почвенный покров, в котором доминируют черноземы.
Предуральская степь является зоной длительного землепользования. Сельскохозяйственная освоенность территории составляет 76 %, распаханность - более 56 %. Три четверти в составе сельскохозяйственных угодий занимает пашня, из которой 43 % расположено на выровненных участках и более 50 % - на склонах различной экспозиции. В составе пашни 34 % занято черноземами типичными, 30 %- черноземами типичными карбонатными и 27 % - черноземами выщелоченными. На Чермасано- Ашкадарской равнине 84 % пахотных угодий приходится на эти почвы. Характерной особенностью морфологии профиля типичных черноземов здесь является отсутствие плотного иллювиального горизонта, постепенный переход к материнской породе, часто значительная переры- тость землероями (Салишев и др.,1993; Почвы Башкортостана, 1995).
Преобладающие здесь высокогумусные чернозёмы имеют устойчивую водопрочную структуру, сравнительно высокую влагоёмкость и водопроницаемость, отличаются слабой связностью (липкостью) и при обработке дают хорошее крошение. Удельное сопротивление почв не превышает 0,40 кг/см .
Задача обработки этих почв заключается в том, чтобы в комплексе с другими агротехническими мероприятиями восстановить и поддерживать пахотный слой в структурном состоянии.
Потенциальное плодородие этих почв высокое, несмотря на значительное отчуждение элементов минерального питания сельскохозяйственными культурами (Богомолов, 1954; Природные условия...,1955; Бурангулова, Гари- фуллин и др., 1969; Тайчинов, 1973; Хазиев, Герасимов и др., 1985; Гарифуллин, Ишемьяров, 1987; Хазиев, Мукатанов и др., 1991). Однако черноземы Преду- ральской степи значительно снизили свою продуктивность в условиях длительной эксплуатации ресурсов плодородия этих почв, вследствие разбалансиро- ванности почвенных процессов, связанной с эрозией и некомпенсированным расходом элементов питания.
Положение усугубляется ещё и тем, что расположенные в зоне континентального климата с недостаточным увлажнением эти почвы характеризуются неустойчивым водным режимом. Негативные проявления в почвах также усиливаются проявлением эрозионных процессов (Почвы Башкортостана, 1997).
Наряду с геологическими факторами, определяющими неоднородность геоморфологического развития описываемой территории, в формировании её почвенного покрова важную роль сыграли особенности климата и тяжелый механический состав при значительной карбонатности почвообразующих пород. Это обусловило местные экологические условия в формировании процессов гумификации и образовании высокогумусных черноземов с сокращенной мощностью гумусового горизонта и укороченностью профиля.
Как известно, климатические условия оказывают решающее влияние на все природные процессы, включая и процессы почвообразования. Пространственная изменчивость почвенного покрова, проявляющаяся в виде широтной (горизонтальной) зональности, а в горных районах - и вертикальной, является следствием сложного сочетания климатических условий в пространстве и во времени (Гарифуллин, Ишемьяров, 1987).
Климат в Предуральской степной зоне характеризуется рядом локальных особенностей. В силу относительной меридиональной протяженности в условиях зоны проявляется широтная термическая поясность, обусловленная разным количеством поступающей за год солнечной радиации - от 92 ккал на 1 см2 на севере Белебеевской возвышенности до 105 ккал на 1 см на юге Чермасано- Ашкадарской равнины. С радиационными условиями связаны зональные изменения теплового режима воздуха. Положительные среднегодовые и среднемесячные температуры теплого периода и его продолжительность возрастают с севера на юг.
Резкий контраст зимы и лета является особенностью температурного режима в зоне. Средние температуры в самом холодном (январь) и самом теплом (июль) месяцах года колеблются от -15-19 до +19-22С. В зоне умеренно- теплого полузасушливого климата в условиях Белебеевской возвышенности и северной части Общего Сырта сумма активных температур составляет 1800- 2200С,
длительность безморозного периода 110-140 дней, годовая сумма осадков более 450 мм, из которых на лето приходится 250-300 мм, мощность снежного покрова 50-60 см, повторяемость засух менее 20 %. А в зоне умеренно- засушливого климата, куда относятся Уршак- Ашкадарская, Чермасано- Демская равнины и южная часть Общего Сырта сумма активных температур колеблется в пределах 2000-2200С.
Продолжительность безморозного периода в северной части равнины составляет 110-140 дней, а в южной- 104-120 дней, годовая сумма осадков- от 400-450 мм до 300-450 мм, температура вегетационного периода (май- сентябрь) составляет в среднем 15, конец заморозков весной в среднем падает на 15 мая, наступление ранних осенних заморозков приходится на 19 сентября. Глубина промерзания почвы в среднем составляет 88 см, мощность снежного покрова колеблется от 22 до 46 см. В этой зоне проявляются периодические засухи, их повторяемость возрастает к югу степной зоны до 40% (Природные условия...,1955; Почвы Башкортостана, 1995).
Зона исследований по степени увлажненности, с учетом тепла и осадков за период наиболее активной вегетации растений, относится к районам пониженного слабодефицитного и недостаточного увлажнения, где гидротермический коэффициент меньше 1 (Почвы Башкортостана, 1995).
В целом территория Предуральской степи относится к зоне умеренно- теплого полузасушливого и засушливого климата и представляет собой скорее остепнённую лесостепь, чем настоящую степь (Кадильников, Тайчинов, 1973).
Следуя определенным пространственным изменениям экологических условий, в Предуральской степной зоне дифференцируются регионы с преобладанием тех или иных типов и вариантов степной растительности.
Уршак - Ашкадарская равнина, как и Чермасано - Демская, в прошлом характеризовалась почти полным отсутствием лесов на водоразделах и господством морозо- и засухоустойчивых многолетних травянистых растительных сообществ с преобладанием в них дерновинных злаков. В настоящее время таких степей почти не осталось,- они распаханы. К югу разнотравно- типчаковые ассоциации с усилением засушливости климата сменяются разнотравно- типчако- во- ковыльными. По наиболее высоким точкам водоразделов лесная растительность встречается здесь в виде небольших островных лесов или в виде колок по западинам и лощинам. В колках растут береза, осина, реже дуб, на поймах- ольха, осина и вяз. Влажная луговая, мокрая лугово - болотная и болотная растительность присуща поймам рек, а при засоленности в её состав включаются галофиты.
2.2 Характеристика почвенного покрова ОПХ «Стерлитамакское»
и опытного участка
Данная работа выполнена в опытно-производственном хозяйстве «Стерлитамакское» Башкирского научно-исследовательского института сельского хозяйства.
Оно находится в южной части Предуральской степной зоны РБ. Его землепользование располагается в 18 км к югу от города Стерлитамака, в 7км севернее г.Салавата и в 15 км на северо-запад от г.Ишимбая.
Географические координаты ОПХ «Стерлитамакское» определяются 5327/ северной широты и 5552/ восточной долготы. Эта местность имеет высотные отметки 155-170 м над уровнем моря.
Опытные поля размещены на западном склоне, примыкающем к реке Ашкадар и его притоку Сухайла и на водоразделе, который проходит между реками Ашкадар и Белой. Склон сравнительно длинный - 3-3,5 км, крутизной около 1 градуса. Он расчленяется несколькими плоскими лощинами. Водораздел представлен ровным плато. Встречаются редкие депрессии в виде небольших блюдец и мелких лощин.
Почвенный покров опытных полей хозяйства в основном представлен типичными черноземами. Помимо их встречаются следующие почвенные разновидности: слабо оподзоленные черноземы, сильно выщелоченные, выщелоченные, слабо выщелоченные среднемощные черноземы, типичные карбонатные черноземы.
На водораздельном плато и верхней трети склона в основном преобладают типичные черноземы в комплексе с выщелоченными. Последние приурочены к различного рода депрессиям. В средней и нижней части склона - типичные черноземы в комплексе с типичными карбонатными различной мощности.
Экспериментальный севооборот расположен на водораздельном плато. Почвенный покров во всех полях севооборота представлен типичными черноземами. В пахотном слое содержится гумуса 6,9-7,7 % (уменьшение его вниз по профилю происходит постепенно), подвижного фосфора - 19,5-20,3, обменного калия - 16,7-17,8 мг на 100 г почвы. По степени обеспеченности опытный участок характеризуется средним содержанием гумуса, реакцией почвенного раствора близкой к нейтральной, высоким содержанием обменного калия и подвижного фосфора.
Степень насыщенности основаниями типичных черноземов высокая 9095 %. В поглощенных основаниях при определении методом Гедройца содержится: кальция до 48-53, магния - 9-14 мг-экв/100 г почвы. По механическому составу типичные черноземы ОПХ относятся к тяжелым суглинкам. Они составляют основной почвенный фон опытного участка. Мощность перегнойно- аккумулятивного горизонта достигает до 70 см. Для гумусового горизонта характерна темная окраска.
Типичные черноземы с пониженным вскипанием, распространенные на территории ОПХ, отличаются от других подтипов высокой гумусированно- стью, хорошо выраженной зернистой достаточно водопрочной структурой, которая вследствие длительной вспашки в пределах пахотного слоя обычно разрушена до порошисто-пылеватой. В связи с малым количеством атмосферных осадков для них характерна сухость профиля. Повышенный уровень вскипания от 10% соляной кислоты в горизонтах АВ или в верхней части горизонта В, хорошая зернистая структура подпахотной части горизонта А] и интенсивная темно-серая окраска гумусового горизонта являются характерными морфологическими особенностями. Нередко с глубины вскипания карбонатов (50-75 см) отмечается скопление солей карбонатов в виде белых прожилок, количественно увеличивающихся книзу. На территории хозяйства преобладают среднемощные среднегумусные виды.
Для характеристики морфологического строения вышеуказанных почв приводим описание разреза № 46, который был заложен на территории хозяйства на пашне (по Ф.Ш.Гарифуллину, А.Ш.Ишемьярову, 1987):
Изменение содержания питательных элементов и гумуса в зависимости от способа основной обработки почвы
Наличие в почве элементов питания в доступных для растений формах является одним из главных факторов, оказывающих влияние на величину урожая сельскохозяйственных культур. В значительной степени способность почвы накапливать питательные вещества зависит от приёмов основной обработки почвы.
Особенно в условиях интенсивного земледелия обработка почвы является одной из решающих факторов в регулировании гумусового режима. Содержание общего гумуса в почве в большей мере характеризует потенциальное плодородие. Эффективное плодородие почвы определяется содержанием лабильных гумусовых веществ - наиболее трансформируемой частью гумуса. Даже относительно небольшое уменьшение содержания гумуса может служить причиной неблагоприятных изменений агрофизических свойств почв, если дегу- мификация происходит за счёт потери подвижных, активных компонентов органического вещества. По мере роста содержания гумуса снижается влияние на урожайность растений различий в гранулометрическом составе и кислотности почв и усиливается влияние содержания подвижного фосфора. Существенно различны и обратные взаимосвязи. При неблагоприятном для растений состоянии гранулометрического состава и кислотности почв растёт влияние степени гумусированности почв. При оптимальных состояниях этих свойств значение гумусированности почв минимально (Семёнов, 1992). Потеря 1 см мощности гумусированного слоя приводит к недополучению 40 кг/га зерновой продукции или в пересчёте на 1% содержания гумуса -50-200 кг/га (Гарифуллин и др., 1986).
Интенсивное механическое воздействие способствует большому уменьшению количества лабильного гумуса, что вызывает существенное снижение эффективного плодородия почвы даже при относительно высоком уровне содержания общего гумуса (Чесняк, 1980; Дьяконова, Булеева, Когут, 1981; Жуков, 1990; Романов, Макарова, 1992).
Установлено повышение содержания лабильных фракций гумуса и снижение интенсивности процессов минерализации органического вещества в зависимости от степени минимализации обработки почвы (Багаутдинов, Сали- шев, Гарипов, Фаизов, 1992).
Результаты исследований Сибирского НИИЗиХ показали, что в северной лесостепи Новосибирской области на серых лесных почвах наиболее эффективной является чизельная обработка почвы на глубину 35-37см. На данном варианте обработки почвы было отмечено достоверное увеличение содержания гумуса в пахотном слое почвы. Кроме того и плотность сложения не выходила за рамки оптимума (Иодко и др., 1992).
В литературе приводятся разные результаты по влиянию безотвальных обработок на содержание гумуса в почвах. Так, исследования И.Н.Лебедевой (1986) показывают, что безотвальные обработки не сокращают потери гумуса в выщелоченных чернозёмах Зауралья, а в чернозёмах Сибири данные потери заметно сокращаются.
Н.К.Шикула и др. (1987) считают, что бесплужная обработка чернозёмов обеспечивает расширенное воспроизводство гумуса. По данным других исследований, выполненных в различных регионах страны, в том числе и на Украине, факт воспроизводства гумуса в почвах под влиянием безотвальных обработок не подтверждается (Лыков, 1982; Горбачёва, 1983; Витер, Новичихин, 1984; Зубенко, Якименко и др., 1987)
По данным Л.И.Никифоренко (1989) при безотвальных обработках содержание гумуса уменьшается в нижних слоях корнеобитаемого слоя при относительно небольшом увеличении в верхних слоях. Изменения в содержании гумуса, как правило, не превышают 0,2-0,3%. Такое незначительное увеличение невозможно считать расширенным воспроизводством гумуса в почвах. Однако локализация в приповерхностных слоях почвы растительных остатков, органических удобрений имеет почвозащитное значение. Позднее автор указывает на то, что благодаря сохранению и незначительному увеличению содержания гумуса возрастает в 1,5-2 раза противоэрозионная устойчивость почвы, чем при обычной вспашке и обеспечивается лучшая оструктуренность (Никифорен- ко, 1990).
Многие исследователи всё же считают, что безотвальные способы обработки, включая чизельную, способствуют увеличению гумуса в почве. Так, применение данных обработок на чернозёмах типичных Предуралья Башкортостана повысило содержание гумуса на 0,19 абс.% за ротацию 6-польного зерно- паропропашного севооборота (Багаутдинов и др., 1992).
Изменения содержания гумуса при обработке почвы различными способами ввиду относительной непродолжительности исследований зафиксировать очень непросто, тем не менее некоторые авторы приводят данные, полученные в ходе длительных опытов. Так, в эксперименте Х.Б.Дусаева (1990) после 8- летнего применения безотвальной обработки накопление гумуса по сравнению с отвальной составило в слое 0-30 см 0,06-0,15%). А по свидетельству И.И.Долотина (1995), ежегодное в течение 26 лет применение безотвальной обработки чернозёма южного увеличило содержание гумуса в нём до 5,21%) в слое 0-12 см и до 5% в слое 12-21 см, при исходном содержании 4,15%.
Использование почвозащитной технологии обработки на чернозёмах южных Северного Казахстана в течение 19 лет привело к увеличению содержания гумуса в сравнении со вспашкой в слое 0-10 см на 0,33 абс.%, в слое 10-20 см- на 0,18 абс,% (Зайцева, Охинько и др., 1979).
По оценке В.И.Кирюшина и И.Н.Лебедевой (1984), прирост гумуса при замене вспашки на почвозащитные обработки происходит под влиянием нескольких факторов. Кроме увеличения коэффициента гумификации растительных остатков, большое значение имеет сокращение потерь гумуса от эрозии и от минерализации почвенной биоты. Уменьшение биологических потерь гумуса на южных чернозёмах Северного Казахстана при использовании безотвальных обработок составляет в сравнении со вспашкой в среднем 100-200 кг/га в год.
Проводя свои исследования на дерново-подзолистых почвах Г.В.Сим- ченков (1991) также установил, что общая направленность микробиологических процессов создает условия для накопления гумуса при чизельной и плоскорезной обработках. Прирост коэффициента гумификации по этим способам обработки по сравнению со вспашкой составил 22,9-26,3%.
Продуктивность посевов сельскохозяйственных культур в зависимости от способов основной обработки почвы и их эффективность
Данная работа выполнена в опытно-производственном хозяйстве «Стерлитамакское» Башкирского научно-исследовательского института сельского хозяйства.
Оно находится в южной части Предуральской степной зоны РБ. Его землепользование располагается в 18 км к югу от города Стерлитамака, в 7км севернее г.Салавата и в 15 км на северо-запад от г.Ишимбая.
Географические координаты ОПХ «Стерлитамакское» определяются 5327/ северной широты и 5552/ восточной долготы. Эта местность имеет высотные отметки 155-170 м над уровнем моря.
Опытные поля размещены на западном склоне, примыкающем к реке Ашкадар и его притоку Сухайла и на водоразделе, который проходит между реками Ашкадар и Белой. Склон сравнительно длинный - 3-3,5 км, крутизной около 1 градуса. Он расчленяется несколькими плоскими лощинами. Водораздел представлен ровным плато. Встречаются редкие депрессии в виде небольших блюдец и мелких лощин.
Почвенный покров опытных полей хозяйства в основном представлен типичными черноземами. Помимо их встречаются следующие почвенные разновидности: слабо оподзоленные черноземы, сильно выщелоченные, выщелоченные, слабо выщелоченные среднемощные черноземы, типичные карбонатные черноземы.
На водораздельном плато и верхней трети склона в основном преобладают типичные черноземы в комплексе с выщелоченными. Последние приурочены к различного рода депрессиям. В средней и нижней части склона - типичные черноземы в комплексе с типичными карбонатными различной мощности.
Экспериментальный севооборот расположен на водораздельном плато. Почвенный покров во всех полях севооборота представлен типичными черноземами. В пахотном слое содержится гумуса 6,9-7,7 % (уменьшение его вниз по профилю происходит постепенно), подвижного фосфора - 19,5-20,3, обменного калия - 16,7-17,8 мг на 100 г почвы. По степени обеспеченности опытный участок характеризуется средним содержанием гумуса, реакцией почвенного раствора близкой к нейтральной, высоким содержанием обменного калия и подвижного фосфора.
Степень насыщенности основаниями типичных черноземов высокая 9095 %. В поглощенных основаниях при определении методом Гедройца содержится: кальция до 48-53, магния - 9-14 мг-экв/100 г почвы. По механическому составу типичные черноземы ОПХ относятся к тяжелым суглинкам. Они составляют основной почвенный фон опытного участка. Мощность перегнойно- аккумулятивного горизонта достигает до 70 см. Для гумусового горизонта характерна темная окраска.
Типичные черноземы с пониженным вскипанием, распространенные на территории ОПХ, отличаются от других подтипов высокой гумусированно- стью, хорошо выраженной зернистой достаточно водопрочной структурой, которая вследствие длительной вспашки в пределах пахотного слоя обычно разрушена до порошисто-пылеватой. В связи с малым количеством атмосферных осадков для них характерна сухость профиля. Повышенный уровень вскипания от 10% соляной кислоты в горизонтах АВ или в верхней части горизонта В, хорошая зернистая структура подпахотной части горизонта А] и интенсивная темно-серая окраска гумусового горизонта являются характерными морфологическими особенностями. Нередко с глубины вскипания карбонатов (50-75 см) отмечается скопление солей карбонатов в виде белых прожилок, количественно увеличивающихся книзу. На территории хозяйства преобладают среднемощные среднегумусные виды.
Для характеристики морфологического строения вышеуказанных почв приводим описание разреза № 46, который был заложен на территории хозяйства на пашне (по Ф.Ш.Гарифуллину, А.Ш.Ишемьярову, 1987): АПах 0-26 см. Темно-серый, комковато- глыбистый, тяжелосуглинистый, среднеуплотнен, много мелких корней, переход по линии вспашки. А] 26-51 см. Черный с сероватым оттенком, комковато-зернистый, слегка уплотнен, тяжелосуглинистый, постепенно переходит в горизонт АВ. АВ 51-67 см. Коричневато-темновато-бурый с сероватым оттенком, комковато-крупнозернистый, слабоуплотнен, заметны псевдомицелии карбонатов, бурно вскипает от 10% соляной кислоты с глубины 56 см, постепенно с языками переходит в горизонт В. В 67-98 см. Насыщен псевдомицелиями карбонатов, изредка встречаются щебень и кротовины. Переход заметный. С 98-128 см. Палево-желто-бурый лёссовидный тяжелый суглинок с псевдомицелиями карбонатов и мелким щебнем, бесструктурный, трубчато- пористого сложения. Данные черноземы развиты на делювиальных лёссовидных отложениях, в основном имеющих тяжелый механический состав, для которых характерно повышенное содержание ила (таблица 2.1). Объемная масса пахотного горизонта типичных черноземов колеблется в пределах 1,0-1,12 г/см . По мере понижения по профилю её значения возрастают постепенно. В целом, объемная масса данных почв представлена оптимальными величинами. Плотность твердой фазы, как правило, изменяется незначительно. На опытном участке она равна 2,5-2,6 г/см . Пористость пахотного горизонта почвы достаточно высокая. По профилю она также понижается постепенно. В переходном горизонте пористость доходит до 48-54 %, а в подстилающей породе снижается ниже 40 % . От физических свойств зависят водные свойства почвы. Структурные почвы, имеющие сравнительно рыхлое сложение и высокую порозность хорошо могут впитывать воду, выпадающую на её поверхность в виде атмосферных осадков и в период снеготаяния. Типичные черноземы за шесть часов впитывают до 550-650 мм воды, причем за первый час поглощается более 200 мм. Это говорит о хорошей водопроницаемости этих почв. Полевой влагоемкости представленная почва достигает через 3-4 дня после снеготаяния. Для типичных черноземов характерна повышенная способность связывать воду. В связи с этим влажность завядания растений достаточно высокая, - доходит до 16 %. Это является отрицательным свойством для данных почв. По мере понижения по профилю величина влажности завядания растений уменьшается. Значительное понижение её начинается с нижней части переходного горизонта «В». Диапазон активной влаги у типичных черноземов в пахотном горизонте равняется 26-27 %. Подстилающая материнская порода представлена красноцветной песча- но-глинистой толщей с прослойками известняков, мергелей и конгломератов континентального происхождения. По своей объемной массе она довольно однородная- 1,4-1,5 г/см3. Водопроницаемость её слабая. В среднем за первый час она способна пропускать 31 мм воды. Полная и полевая влагоемкость приводятся в таблице 2.2. Из приведенных данных видно, что материнская порода обладает высокой водоудерживающей способностью.
Характеристика почвенного покрова ОПХ «Стерлитамакское» и опытного участка
Массу единицы объема абсолютно сухой почвы, взятой в естественном сложении, то есть плотность сложения почвы, некоторые современные исследователи считают ее основной физической характеристикой (Медведев, 1988г., Шептухов и др., 1993г.).
В зависимости от гранулометрического и минералогического состава, структуры почвы, ее гумусированности изменяются оптимальные параметры плотности сложения. Результаты множества исследований показывают, что, например, для большинства сельскохозяйственных культур, возделываемых на почвах глинистого и суглинистого гранулометрического состава оптимальная плотность почвы лежит в пределах 1,0 -1,2 г/см3, - как увеличение, так и снижение ее негативно отражается на урожае сельскохозяйственных культур. Оптимальная плотность сложения обрабатываемого слоя почвы определяется биологическими особенностями культуры и погодными условиями. Поэтому используются различные агротехнические приемы (вспашка, рыхление, культивация, прикатывание и т.д.) для оптимизации параметров плодородия, которые изменяют плотность и общую пористость пахотного и подпахотного горизонтов почв. Интенсивные механические обработки почвы, обеспечивающие ее крошение до мелкокомковатого состояния, на какое-то время улучшают сложение, но одновременно ускоряют процесс минерализации гумуса и ухудшают со временем агрофизические свойства. Таким образом, механические обработки обеспечивают в год их применения повышение урожайности, однако при накапливании негативных последствий они приводят к деградации почв (Картамы- шев и др., 1986).
Кроме того установлено, что излишне рыхлое состояние почвы, создаваемое орудиями ее обработки, имеет неблагоприятное воздействие на растение. В таких условиях плохой контакт семян с почвой ведет к недружным всходам, происходит непродуктивная диффузная потеря влаги, ускоренное разложение гумуса и повреждение корневой системы растений при оседании почвы (Заев и др., 1966; Шенявский, 1971 и др.).
А.И. Клементьев (1997) также указывает на важную роль оптимального сложения почвы в мобилизации почвенных ресурсов для получения высоких урожаев. Результаты его исследований показывают, что восстановление структуры почвы после излишне рыхлого состояния почвы улучшает водный режим и увеличивает урожайность сельскохозяйственных культур.
Стремление почвы восстановить равновесную плотность сложения после ее обработки определяет необходимость повторных операций почвообрабатывающими орудиями для достижения оптимальной плотности почвы. В случае, когда эти величины совпадают или близки друг к другу рекомендуется ограничиваться минимальными обработками или обходиться без основной обработки почвы.
Как показывают многие исследования, возделывание зерновых культур в нашей республике более благоприятные условия для прорастания семян и дальнейшего развития растений складываются при плотности почвы, близкой к равновесной: на черноземных - 1,1 -1,15 г/см , на дерново-подзолистых легкого гранулометрического состава -1,25-1,35 г/см , тяжелого-1,2-1,3 г/см\ Это дает возможность для внедрения энерго - и ресурсосберегающих способов обработки почвы.
Так, излишне рыхлой (0,73 г/см3 после обработки ) и избыточно пористой (71,6%) становилась почва от применения отвальных плугов на обыкновенных черноземах в условиях степного Зауралья в опытах М. С. Авальбаева (1998). Наиболее благоприятные почвенные условия создавались с использованием чи- зельных орудий: с ПЧВ -8-40 «параплау» (0,84 г/см3 и 67,3% соответственно) и ПЧ-2,5 (0,87 г/см и 66,15%» соответственно). Исследования показали, что изучаемые способы и орудия почвозащитной энергосберегающей обработки обеспечивали на всем протяжении вегетации растений близкое к оптимальному сложение пахотного слоя.
На черноземах легкого механического состава Предуралья РБ в совхозе «Пугачевский» с равновесной плотностью близкой к оптимуму для зерновых культур применяется только минимальная обработка почвы на протяжении уже нескольких лет. Здесь минимальная обработка не снижает урожайность культур и необходимость глубокой обработки отсутствует. Возможность минимальной обработки, в первую очередь, определяется по показателям плотности сложения почвы, которые не выходят за пределы оптимальных параметров (Научно- обоснованные системы, 1990).
В Стерлитамакском ОПХ в течение многих лет проводятся исследования по минимализации основной обработки почвы. Результаты этих исследований показывают, что величина плотности сложения почвы находится в прямой зависимости от способа и глубины основной обработки. Опытами Р.Т. Гильмут- динова (1969) установлено, что наибольшая существенная разница между 5 испытываемыми вариантами обработки по плотности наблюдается лишь в слое 20-30 см. Здесь чрезмерное уплотнение подпахотного слоя (до 1,22 г/см3) вызывается только на варианте дискования на глубину 8-10 см.
Величина плотности твердой фазы типичного чернозема на нашем опытном участке лежит в пределах 2,5 -2,56 г/см3. Это довольно устойчивый показатель физической характеристики почвы, мало подверженный изменениям.
Наши исследования показали, что под воздействием различных способов обработки происходят некоторые изменения плотности сложения почвы (таблица 3.6, приложение 2).
При оценке плотности сложения почвы в опытах по шкале предложенной Ф.Ш. Гарифуллиным (1984), в которой почва при плотности менее 1,0 г/см3 считается рыхлой, при плотности 1,2-1,3 -уплотненной и при плотности от 1,1 до 1,2 - оптимальной для зерновых культур, видно, что сразу после посева злаков оба способа обработки под всеми культурами показали почти одинаковые параметры плотности сложения и в пахотном и в подпахотном горизонтах. Причем в слое почвы 0-20 см они варьировали в пределах 1,01-1,05 г/см , а в слое 20-40 см - в пределах 1,06-1,11 г/см . Надо отметить, что при чизельной обработке как и в первом, так и во втором горизонтах была более рыхлой по сравнению со вспашкой на 0,02 - 0,04 г/см . Хотя почва под яровой пшеницей с подсевом люцерны обрабатывалась на глубину до 30 см величина плотности сложения пахотного и подпахотного горизонтов оставалась равной аналогичным показателям под яровой пшеницей и ячменем (кроме варианта с чизельной обработкой, где плотность почвы установилась на уровне 1,06 г/см ).
В слое 20-40 см плотность сложения почвы была в пределах оптимальной уже в первый срок ее определения. Это объясняется тем, что в восьмипольном севообороте, применяемом на опытном участке, почва за ротацию один раз обрабатывается на глубину 35 см и два раза - на глубину 28-30 см благодаря чему она не успевает сильно уплотниться . Кроме того, по данным Ф.Ш. Гарифул- лина (1979) равновесная плотность для черноземных почв степной зоны Республики Башкортостан находится в пределах 1,16-1,20 г/см .
Плотность сложения, плотность твердой фазы и пористость почвы
Наиболее важной проблемой почвозащитной и энергосберегающей системы основной обработки почвы является повышение засоренности посевов сельскохозяйственных культур. Это отмечается в работах многих авторов (Ко- ломиец, 1993; Кочетов, Прудников, 1994; Цветков, 1998; Авальбаев, 1998; Кан- тюков, 2000 и др.).
Решение этой проблемы позволяет полнее ощутить преимущества безотвальных способов обработки почвы, включая чизельную, по сравнению со вспашкой: улучшался бы пищевой режим почвы для основной культуры, запасы продуктивной влаги расходовались бы экономнее, конкурентоспособ-ность культуры повышалась, вследствие чего формировался бы более высокий урожай.
Определение засоренности посевов мы проводили в два срока: в фазе кущения основной культуры до обработки гербицидами и перед уборкой. По результатам подсчетов мы должны констатировать, что численность сорняков (табл. 3.15) и их масса в сыром и воздушно-сухом состоянии (табл.3.16) по чизельной обработке почвы выше, чем на фоне отвальной обработки. Это объясняется тем, что при чизельной обработке основная масса семян сорняков располагается в верхнем слое почвы и обусловливает повышенную засоренность посевов. Однако это делает возможным их быстрое прорастание и механическое уничтожение до посева поздних культур.
Наиболее засоренными по сравнению с яровой пшеницей и ячменем оказались посевы яровой пшеницы с подсевом люцерны (третья культура после пара). Причем при подпочвенно-разбросном способе посева численность сорняков в фазе кущения культуры до обработки её гербицидами в среднем на 12,96 % была меньше, чем при посеве рядовыми сеялками С3-3,6. По другим же культурам меньшая засоренность наблюдалась при рядовом способе посева. Вероятно, большая численность сорняков в посевах яровой пшеницы с подсевом люцерны связана с дополнительным прикатыванием почвы при посеве люцерны, вследствие чего становился возможным более лучший контакт с почвой мелкосемянных сорняков (типа щирицы запрокинутой и других) и их массовое прорастание. Чтобы не повредить растения люцерны мы опрыскивали данное поле гербицидом Базагран в норме 1,5-2 л/га д.в.
В посевах яровой пшеницы в фазе кущения численность сорняков была наименьшей, однако здесь наблюдалось значительное количество многолетних сорняков. В связи с тем, что предшественником яровой пшеницы была люцерна второго года пользования в посевах после основной обработки почвы встречались отдельные растения предшественника, корневая система которых не была повреждена рабочими органами орудий обработки. При подсчете сорняков они были отнесены к многолетним. Опрыскивание гербицидом аминная соль 2,4-Д приводило к их уничтожению.
Большая численность многолетних сорняков (в основном осота желтого и бодяка полевого) в посевах яровой пшеницы связана с тем, что за 2 года роста и развития люцерны на данном поле севооборота не проводилась основная обработка почвы и не применялись гербициды, малолетние сорняки подавлялись за счет хорошей конкурентоспособности люцерны, однако многолетние сорняки из семейства сложноцветных благодаря стержневой корневой системе и строению надземной части растений имели большие преимущества по сравнению с малолетними.
Следует отметить, что на фоне чизельной обработки многолетней сорной растительности как численно, так и по массе было в 1,5-2 раза больше, чем на вариантах со вспашкой. Многие исследователи отмечают, что при переходе от отвальной обработки к энерго- и почвосберегающим безотвальным способам происходит увеличение доли многолетних сорняков (Ванин и др., 1985; Карта- мышев и др., 1992; Кантюков, 2000; Сираев, 2000 и другие).
Возрастание доли корнеотпрысковых и корневищных сорняков при чизельной обработке объясняется образованием «рваного» дна обрабатываемого слоя, а не сплошного, как при вспашке. Преобладающими сорняками в опытах были все же малолетние (щирица запрокинутая, подмаренник цепкий, просо куриное, просянка, овсюг, щетинник сизый и другие).
Общая численность сорняков в фазе кущения основной культуры до обработки гербицидами по рядовому способу посева была в среднем в 1,57 раза выше на фоне чизельной обработки по сравнению с вариантами вспашки, а по подпочвенно-разбросному способу посева - в 1,3 раза. Перед уборкой разница в количестве сорняков по способам обработки составила соответственно 1,21 и 1,5 раза. Эти изменения говорят о том, что возможно в течение вегетации растений по рядовому способу посева создаются лучшие фитосанитарные условия для роста и развития основной культуры на фоне чизельной обработки почвы по сравнению с подпочвенно-разбросным способом посева на фоне этой же обработки, хотя в фазе кущения ситуация была обратной.
Погодные условия вегетационного периода растений также имели существенное влияние на засоренность посевов зерновых культур. В более увлажненном 2000 году основную массу составляли злаковые однолетние и малолетние двудольные сорняки, а в засушливом 2001 году - двудольные многолетние (корнеотпрысковые и другие).
Так, в посевах яровой пшеницы доля многолетних сорняков в 2000 году на фоне отвальной обработки составила 4,84 %, на фоне чизельной обработки - 9,05 %, а в 2001 году соответственно - 5,4 и 9,26 %. Данный факт отмечался и в опытах Н.А.Мащенцева (1988).
Применение гербицидов вызвало значительные изменения в количественном составе сорняков. Наибольшая эффективность от операции по химической защите растений наблюдалась на четвертом и последнем полях севооборота. Самый большой процент гибели сорняков с учетом взошедших после окончания действия гербицида составил 74,05 % на варианте с чизельной обработкой почвы и рядовым способом посева, однако количество сорняков на 1 м всё равно составило 225 штук. Наименьший показатель гибели от опрыскивания гербицидом был отмечен на яровой пшенице после люцерны по фону чизель- ной обработки почвы и экспериментальному способу посева (47,24 %). Сокращение численности многолетних сорняков к периоду уборки составило в среднем 65,8 %.
