Содержание к диссертации
Введение
1. ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ 6
2. УСЛОВИЯ И МЕТОДИКА ИССЛЕДОВАНИЙ 23
2.1. Агрометеорологические условия 23
2.2. Рельеф местности и почвенный покров 28
2.3. Методика проведения исследований 32
3. РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЙ 41
3.1. Влияние мелиоративных агротехнических приемов на плотность сложения почвы 41
3.2. Снегоотложение в зависимости от способов основной обработки 46
3.3. Влияние способов основной обработки на интенсивность процессов эрозии 49
3.4. Влияние способов основной обработки на водный режим и динамику доступной влаги в почве 58
3.5. Способы основной обработки и водопроницаемость почвы в осенний и летний периоды 66
3.6. Урожайность ярового ячменя и эколого-экономическая эффективность предлагаемых приемов 82
ВЫВОДЫ 88
РЕКОМЕНДАЦИИ ПРОИЗВОДСТВУ 91
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ 92
ПРИЛОЖЕНИЯ 113
- Агрометеорологические условия
- Влияние мелиоративных агротехнических приемов на плотность сложения почвы
- Влияние способов основной обработки на водный режим и динамику доступной влаги в почве
Введение к работе
Актуальность работы определяется недостаточной изученностью свойств черноземных почв на склонах, подверженных процессу переуплотнения, усиливающему развитие эрозионных процессов и влияющему на уровень плодородия.
В условиях расчлененного рельефа юго-восточной части Донно-Донецкой равнины с высокой антропогенной нагрузкой на агроландшафты и чрезмерной распаханностью территории широкое распространение обрели процессы эрозии и переуплотнения почв. Последнее приводит к изменению физических, физико-механических и водно-физических свойств почвы, ухудшению их водного, воздушного и питательного режимов. В конечном итоге происходит снижение урожайности сельскохозяйственных культур. Вместе с тем, на склоновых землях уплотнение почвы тяжелой сельскохозяйственной техникой приводит к снижению водопроницаемости, что, в свою очередь, обуславливает большие потери осадков со стоком, усиливает смыв почвы. Поэтому решение проблемы разуплотнения почв современными сельскохозяйственными орудиями (чизели, щелеватели, глубокорыхлители и т.д.) позволит не только обеспечить их оптимальное сложение, но и предотвратить развитие эрозионных процессов.
Цель исследований - дать агроэкологическую оценку приемов основной обработки уплотненных южных черноземов и разработать мероприятия по улучшению агрофизических свойств и сокращению процессов эрозии.
Основные задачи исследований:
- установить характер изменений агрофизических свойств почвы под влиянием тяжелой сельскохозяйственной техники;
- создание экологически устойчивых элементов систем земледелия на переуплотненных склоновых землях, обеспечивающих уменьшение процессов эрозии и повышения урожайности сельскохозяйственных культур; -провести агроэкологическую оценку предложенных приемов способов основной обработки на переуплотненных почвах.
Объект исследований - переуплотненные черноземы южные на склоновых землях северо-востока Ростовской области.
Предмет исследования - мелиоративные агротехнические приемы (чи-зелевание и щелевание), обеспечивающие разуплотнение почвенной толщи до полуметровой глубины.
Методология исследований. Исследования по разработке разуплотняющего действия агротехническими приемами проводилось с использованием общепринятых методик Б.А.Доспехова, С.С.Соболева, Г.П.Сурмача, ВНИИЗ и ЗПЭ и др. Математическая обработка полученных данных, установление закономерностей влияния изучаемых факторов на величину водопроницаемости, сток талых вод и смыв почвы, элементы водного баланса проводились с применением стандартных методов математической статистики.
Научная новизна. Установлены особенности изменения агрофизических свойств переуплотненных южных черноземов. Осуществлена агроэкологиче-ская оценка способов основной обработки почв для разрушения уплотненной прослойки в профиле почвы и сокращения эрозионных процессов. Оценена эколого-экономическая эффективность предлагаемых приемов.
Основные положения, выносимые на защиту:
-особенности изменения агрофизических свойств чернозема южного среднесуглинистого под влиянием сельскохозяйственных машин и орудий;
-пути агротехнического воздействия на свойства почвы, обеспечивающие снижение непроизводительных потерь влаги (сток талых и дождевых вод, сублимацию снега и др.), смыва почвы, повышающие урожайность сельскохозяйственных культур;
-эколого-экономическая оценка предлагаемых агротехнических мероприятий. Личный вклад автора заключается в разработке программы работ, проведении полевых исследований, обработке полученных данных, внедрении результатов работы в производство.
Достоверность результатов исследований подтверждена большим объемом экспериментальных данных, полученных в полевых и лабораторных исследованиях, выполненных с использованием современных методик; данными математического анализа результатов в полученных зависимостях и уравнениях; данными производственной проверки.
Практическая значимость работы. Материалы исследований предназначены для широкого внедрения в производство для разуплотнения почв, находящихся в интенсивном сельскохозяйственном использовании, особенно склоновых земель с целью сокращения стока талых и дождевых вод, смыва почвы, повышения урожайности сельскохозяйственных культур.
Реализация работы. Результаты исследований внедрены в 2005-2006 годах: вошли в проекты агроландшафтной организации территории и систем земледелия с комплексом противоэрозионных мероприятий для ПК колхоза «Знамя труда» на площади 3,2 тыс. га Обливского района Ростовской области с суммарным экономическим эффектом 2576,0 тыс. руб.
Апробация работы. Основные теоретические и практические положения исследований докладывались и обсуждались на заседаниях кафедры мелиоративного почвоведения и земледелия ФГОУ ВПО «НГМА» (2002-2005 гг.), региональных научно-технических конференциях (ФГОУ ВПО ДГАУ в 2003 г; ФГОУ ВПО «НГМА» в 2005г.; ФГОУ ВПО ЮРГТУ (НПИ) в 2006 г.; ФГОУ ВПО Ставропольский государственный аграрный университет в 2006 г.).
Публикации. По результатам исследований опубликованы 6 статей, в том числе 1 монография.
Объем и структура работы. Работа изложена на 120 страницах компьютерного текста, состоит из 3 глав, выводов и предложений производству, списка используемой литературы из 241 наименования, в т.ч. 22 иностранных. Содержит 22 таблицы, 12 рисунков и 5 таблиц приложений. 1. ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ
Рациональное использование земель и специализация отраслей земледелия возможны только на базе глубокого знания особенностей почвенного покрова, специфики изменения его свойств под влиянием хозяйственной деятельности человека. Весьма часто из-за нерационального использования земледелец создает условия, приводящие к деградации почвенного покрова. Наиболее распространенные формы нарушения естественного плодородия - дегумификация, эрозия, машинная деградация или переуплотнение почв и др.
Деградационные процессы влияют на экосистемные функции почвы, обусловленные физическими и химическими свойствами. Наиболее важными являются такие физические свойства почвы, как структура, плотность, влагоем-кость, водопроницаемость и прочие. По данным исследователей и практиков, деградационные процессы ухудшают структуру почвы, увеличивают ее плотность, уменьшают общую порозность, снижают водопроницаемость, ухудшают водный и воздушный режимы почвы. На основании этого увеличиваются процессы эрозии и дефляции почв, а это - разрушение почвы, которое делает невозможным выполнение ею не только функций, связанных с физическими свойствами, но и других функций.
К числу деградационных процессов, связанных с научно-техническим прогрессом, относится машинная деградация почвенного покрова и связанный с ней процесс уплотнения почвенной массы. Неоднородный по сложению верхний 0-40 см слой почвы существенно влияет на водопроницаемость, скорость просачивания воды. Данное положение подтверждают результаты полевых и лабораторных исследований.
Уплотнение почвы представляет собой процесс более тесного расположения агрегатов и почвенных частиц под воздействием механических и природных факторов. Прежде всего при уплотнении уменьшается поровое пространство между почвенными агрегатами и весьма незначительно внутри агре І
и і гатов (J.A. Currie, 1984, Е.С. Dickey и др., 1985).
Одним из основных факторов уплотняющего воздействия на почву является масса тракторов и другой сельскохозяйственной техники. Во многих странах мира, в том числе и в России, наблюдается тенденция увеличения массы сельскохозяйственных машин. Так, масса трактора ДТ-75 в настоящее время составляет более 6 т, Т-150К - более 8 т и К-701 - 13,5 т (И.П. Макаров, 1984). Масса колесных тракторов, на долю которых приходится выполнение основной части полевых работ, повысилась в последние годы в 2-4 раза. Такая же тенденция сохраняется при создании других сельскохозяйственных машин и орудий. На основании исследований А.И. Попова с соавторами (1977), Б.А. Доспе-хова с соавторами (1979), A.M. Гуревича с соавторами (1980), М.А. Шипилова (1983), М.И. Ляско с соавторами (1985), существующие в настоящее время тракторы по мере возрастания уплотняющего воздействия на почву располагается в следующем порядке: Т-70С, Т-74, ДТ-75, Т-150, МТЗ-82, Т-150К, К-701. В США основными техническими средствами, вызывающими уплотнение почвы, считаются зерноуборочные комбайны (масса с нагрузкой 14 т и более) и прицепы (с нагрузкой на ось до 20 т), навозоразбрасыватели, а также тракторы массой 9 т и более (S. Marking, 1984; R. Fee, 1986). В Швеции одной из причин значительного уплотнения почвы считают применение свеклоуборочных комбайнов (L. Hendriksson, J. Hakansson, 1985). По заключению рабочей группы по механизации сельского хозяйства, входящей в состав Европейской экономической комиссии ФАО, опасность уплотнения почв усугубляется тем, что оно носит кумулятивный характер. Величина остаточного уплотнения зависит от уровня воздействия на почву (Г.Г. Черепанов, В.М. Чудиновских, 1987).
Уплотнение усиливается при буксировании, вибрации двигателей, высоком давлении в шинах, узких расстояниях между опорами ходовых систем и пр. Уплотнение почвы во многом определяется ее свойствами. В меньшей степени подвержены уплотнению почвы с высоким содержанием органического вещества (И.С. Рабочее и др., 1980; П.П. Колмаков, A.M. Нестеренко, 1981; Б.И. По 8 тапов, 1993; А.И. Пупонин, 1984; В.А. Чернышов, Э.Г. Вальдгауз, 1984; А.Г. Бондаренко и др., 1985; А.В. Судаков и др., 1985; В.Ф. Вальков и др., 1995; C.R. Jatre, К. Seidel, 1983; О. Vitlok, 1984 и др.), что обусловлено сильно выраженными коллоидными свойствами гумусовых веществ.
Почва с содержанием углерода 1,48 % в широком диапазоне влажности не уплотнялась выше уровня 1,62 г/см против 1,73 г/см для почвы с содержанием углерода 0,97 % (A.M. Лыков, 1983). В настоящее время пока нет достаточно полных экспериментальных данных, позволяющих четко обосновать критические значения минимально необходимого для обеспечения устойчивости к уплотнению содержания органического вещества в почве. Многие исследователи отмечают наличие реальной опасности уплотнения почвы при содержании в ней органического вещества ниже 3 %. По мнению английских специалистов, достаточно устойчивы по структуре почвы с содержанием органического вещества более 4,3 % при критическом уровне 3,4 % (Г.Г. Черепанов, В.М. Чудиновских, 1987). В.В. Медведев (1986) считает, что ухудшение агрофизических свойств черноземов и снижение способности почвы противостоять уплотнению происходит вследствие уменьшения содержания органического вещества до 3,9 % и значительного увеличения его подвижности.
Необходимое для обеспечения устойчивости почвы к уплотнению содержание органического вещества в значительной мере обусловливается содержанием в ней глины. По данным исследований в штате Миннесота (США), более сильное уплотнение наблюдалось на тяжелом пылеватом суглинке с 6 % органического вещества, чем на среднем суглинке с 4 % органического вещества (Е.С. Dickey и др., 1985). Чем тяжелее механический состав почвы, тем больше опасность уплотнения. С увеличением содержания физической глины в почве возрастает величина варьирования её объемной массы (Н.И. Картамышев, 1996). Исследования, проведенные в Баварии (ФРГ), показали, что устойчивее к уплотнению почвы с преобладанием «активных» глинистых минералов (смек-тит, вермикулит) по сравнению с почвами, в которых преобладают «неактив 9 ные» минералы (каолинит, флорит), если содержание глины не менее 25-30 %
(Н. Borchert, J. Mederer, 1985). Опытами, проведенными в Канаде, установлено,
что индекс уплотняемости легких и средних суглинков находится в пределах
0,153-0,163, тяжелых суглинков - 0,217-0,245 (G.R. Saini и др., 1984).
Вместе с тем основной причиной уплотнения в последние десятилетия считают механическое воздействие ходовых систем тракторов, комбайнов, почвообрабатывающих машин, средств для внесения в почву удобрений, мелиорантов и др.
Основным показателем конструкций ходовых систем тракторов, определяющим уплотнение почвы, признано считать максимальное давление движителей на почву (Б.Я. Шнейсер, О.А. Поляков, 1976; A.M. Гуревич и др., 1980). Проведенные исследования позволили рекомендовать A.M. Кононову (1974) допустимые давления движителей сельскохозяйственной техники для дерново-подзолистых суглинистых почв при влажности 25-30 % - не более 0,075 МПа (0,75 кгс/см ); при влажности 17-21 % - 0,125 МПа и при влажности 8-12 % -0,15 МПа. Для Украины при основной обработке типичного тяжелосуглинистого чернозема давление на него не должно превышать 0,08-0,1 МПа, при посеве и в условиях орошения - 0,04-0,06 МПа. По рекомендациям ВИМ для кубанских мощных черноземов сохранение оптимальной плотности пахотного слоя почвы с влажностью 0,6-0,65 НВ возможно, если давление на нее не будет превышать 0,1 МПа. При влажности более 0,7 НВ давление на почву не должно быть выше 0,05-0,07 МПа (А.Г. Бондарев и др., 1985). Шведские ученые при выполнении весенних полевых работ рекомендуют удельное давление на суг-линистых почвах не более 0,5-0,6 кгс/см (J. Hakansson, 1967). Исследованиями M.Z. Nichols и C.A. Reaves (1955) установлено, что свежевспаханная почва среднесуглинистого гранулометрического состава излишне уплотняется при давлении 0,2-0,3 кгс/см и выше.
При десяти проходах тракторов по одной колее плотность слоя чернозе-мов 0-20 см возрастает: трактор Т-150К - до 1,4-1,45 г/см ; Т-74 - до 1,37-1,38 г/см ; МТЗ-52 - до 1,36-1,42 г/см . Тогда как предельно допустимая величина
плотности чернозема 1,3 г/см3. Однако тракторы способны уплотнять черноземы до 1,45-1,5 г/см3 в слое 0-20 см. Общее возрастание плотности при этом прослеживается до глубины 60-70 см, а водопроницаемость почв снижается в 1,5-4 раза, что влечет за собой эрозию (В.М. Ивонин, 2004).
Наибольшему и непосредственному воздействию уплотнения подвергается пахотный слой. Однако значительное воздействие испытывает и более глубокий (примерно на 10 см), чем пахотный слой (J. Giles, 1983; A.B. Судаков, A.A. Охитин, 1981; L. Hendrikson, J. Hakansson, 1985; Г.Г. Черепанов, 1986). На эродированных почвах, где в той или иной степени утрачен горизонт А, опасность уплотнения возрастает. Давление от колес и гусениц распространяется тем глубже, чем больше общая нагрузка на почву и меньше отношение длины отпечатка колеса к его ширине (В.А. Русанов, 1982; М.А. Шипилов, 1982; J. Monerief и др., 1984). Установлено, что уплотнение пахотного слоя определяется в основном величиной максимального контактного давления, в то время, как деформации подпахотных слоев (глубже 0,3 м) зависят от среднего давления единичного движителя на почву, площади его распределения и его геометрии (А.И. Пупонин, 1984; А.В. Судаков и др., 1986). По данным В.А. Русанова (1987), уплотнение слоя почвы 0-20 см тракторами К-701 и Т-150К, имеющими близкие значения контактных давлений, было примерно равным, в то время как уплотнение подпахотных слоев по следам К-701 оказалось существенно большим, чем по следам Т-150К, так как площадь контакта колеса первого трактора с почвой (общая нагрузка на колесо) больше, чем колеса второго, примерно в 2 раза. Таким образом, использование тяжелых тракторов может привести к уплотнению не только пахотного, но и подпахотного горизонта на глубину 50-70 см и более (Г.Г. Черепанов, В.М. Чудиновских, 1987). Даже при однократном проходе тяжелых колесных тракторов плотность сложения пахотного слоя почвы возрастает на 20-40 %, уплотняющие деформации распространяются на глубину 40-60 см, а в отдельных случаях - до 1 м (Г.Я. Воробьев, 1987). По дан 11
ным А.Г. Бондарева с соавторами (1984, 1987) статистически значимое изменение плотности сложения наблюдается в слое 0-40 см. Наибольшее уплотнение почвы отмечено в слое 10-30 см под воздействием ходовых систем колесных тракторов Т-150К и К-701. Отрицательное действие на почву тяжелых колесных тракторов отмечают также СВ. Яблонский (1979), М.А. Шипилов (1982, 1983), В.П. Ашихмин (1983), СИ. Скребялис (1984), Р.А. Мелуа, В.Ф. Кивер (1985), Г.Я. Воробьев (1987), И.П. Макаров (1987). Гусеничные и легкие колесные тракторы уплотняют почву лишь на глубину 20-30 см (А.И. Попов и др., 1977; В.Н. Шептухов, 1979; М.А. Шипилов, 1983).
Существующие технологии возделывания сельскохозяйственных культур предусматривают большое число проходов тракторов и другой техники (Системы ведения АПК Ростовской области, 2001). Число выполняемых операций колеблется от 10-15 при возделывании зерновых культур до 20-25 - для пропашных культур. В результате суммарная площадь следов колес и гусениц тракторов и уборочно-транспортных средств составляет 100-200 % площади поля. Отмечено, что 10-20 % площади поля (поворотные полосы) подвергаются воздействию ходовых систем от 6 до 20 раз, 65-80 % - от 1 до 6 раз и лишь 10-15 % не подвергается их воздействию (А.И. Попов и др., 1977; А.С Кушнарев, 1981; А.Г. Бондарев и др., 1985). Только при весенней подготовке почвы и посеве зерновых культур воздействию ходовых систем тракторов подвергается не менее 40-65 % площади поля (А.В. Вражнов, 1965; А.В. Королев, 1967; B.C. Га-поненко и др., 1971; А.П. Шехурдин, М.Я. Турушев, 1974; К. Jaggard, 1984). Согласно данным Молдавского НИИ почвоведения и агрохимии уплотнению ходовыми системами подвергается 60-80 % площади полей до уборки и до 98 % - после уборки. При этом значительная площадь (до 40 %) испытывает в течение года трехкратное уплотнение (В.Г. Унгурян, 1981).
Агрометеорологические условия
Климат зоны - засушливый, умеренно жаркий, среднеконтинентальный (Агроклиматические ресурсы Ростовской области, 1972). Согласно схеме агроклиматического районирования район исследований входит в состав очень теплого недостаточного увлажнения подрайона 16 (рисунок 1). Краткая характеристика климатических показателей приведена в таблице 1.
Отдельные климатические факторы негативно влияют на рост и развитие сельскохозяйственных культур: недостаточное количество осадков и неравномерность их выпадения в течение года, интенсивное испарение и транспирация, периодически повторяющиеся засухи, резкие колебания температуры в зимний период (от +10 до -38 С), поздние весенние и ранние осенние заморозки, приводящие к гибели всходов, цветов, низкая относительная влажность в весенне-летний период, преобладание в вегетационный период сильных ветров восточных и южных направлений.
В зимний период почва промерзает в среднем на глубину 50-55 см, а в наиболее холодные годы глубина промерзания достигает более 120-140 см. Зимой на Среднем Дону господствуют холодные ветры, главным образом, восточных румбов. Максимальная их скорость достигает 15 м/сек и приходится обычно на февраль, что в малоснежные зимы нередко вызывает образование пыльных бурь. В течение зимы часты оттепели (до 25 дней), во время которых происходит повышение температуры до +10-12 С и выше.
Весна короткая, относительно влажная, в конце засушливая. Начало ее определяется датой перехода среднесуточной температуры через +5 С (начало мая). В апреле довольно часты возвраты холодов, минимальная температура воздуха в этом месяце может достигать -10-13 С. В среднем заморозки заканчиваются в конце апреля, но периодически они наблюдаются и в начале мая.
Отличительной особенностью весны на Среднем Дону является активизация азиатского антициклона. Восточные ветры, зимой холодные и влажные, становятся теплыми и сухими, при этом они приобретают характер суховеев различной интенсивности, во время которых происходит снижение относительной влажности воздуха до 30 % и менее.
Лето длинное, умеренно жаркое и умеренно засушливое, во второй половине влажное. Средняя температура июля составляет +22-23 С, а абсолютный максимум температур в отдельные годы достигает +39-42 С. Осадков за теплый период выпадает 190-240 мм с колебаниями по годам от 120 до 450 мм. Наибольшее количество их выпадает в мае-июле в виде кратковременных ливневых дождей, часть из которых уходит со стоком, вызывая при этом значительный смыв почвы на чистом пару и пропашных культурах.
В целом же климат местности, где проводились исследования, достаточно благоприятен для произрастания экологически устойчивых для данной местности сельскохозяйственных культур: озимая пшеница и рожь, тритикале, яровой ячмень, просо, сорго, кукуруза, суданская трава, бахчевые культуры и целый ряд других. По данным Обливской метеостанции, а также учету осадков непосредственно на полях, где проводились исследования осадкомером Третьякова, в таблице 2 приведены сведения по количеству выпавших осадков и среднесуточной температуры воздуха. Как видно из представленных данных, погодные условия в период проведения исследований заметно различались. Более подробная характеристика каждого сельскохозяйственного года и его особенностей приведена нами в других разделах при изложении снегонакопления, стока талых и дождевых вод, влагонакопления в зависимости от способов основной обработки. Таблица 2 - Среднемесячная температура воздуха и количество осадков
По характеру рельефа территория Обливского мехлесхоза представляет собой слегка возвышенную равнину с наличием довольно значительного количества холмов, возвышенностей и оврагов.
Эта равнина расчленена р. Чир и ее притоками на ряд крупных водораздельных плато. Последние расчленены на более мелкие водоразделы древней гидрографической сетью, долинами рек и рядом крупных овражно-балочных систем, что создает глубоко-волнистый характер поверхности со значительной крутизной склонов. Но преобладающая часть территории мехлесхоза расположена в бассейне р. Дон, по левому берегу р. Чир.
Эта территория характеризуется расчлененными типами рельефа, с пологими террасами, переходящими в водораздельное плато. Постепенный топографический переход высокой песчаной террасы в плато сопровождается столь же постепенным петрографическим переходом песка в лессовидный суглинок через посредство супесчаных образований.
Песчаные пространства, приуроченные к левому берегу поймы р. Чир и его притоков, слагаются из двух террас: надпойменной (второй) и еще более высокой (третьей), связанной постепенным переходом с плато.
Первая подпойменная терраса р. Чир имеет равнинный характер с наличием большого количества мелких и крупных западин и ложбин, высохших или заболоченных озер, стариц.
Рельеф второй надпойменной террасы бугристо-холмистый, с наличием холмов и бугров, расчлененных котловинами, ложбинами, впадинами и т.д.
Основная часть террасы занята песчаным массивом (так называемые «Чирские пески»), представляющим собой широковолнистую степную равнину, на которой чередуются разнообразные формы рельефа. Песчаная арена очень разнообразна по рельефу - от равнинных площадей с черноземовидными супесчаными почвами до песчаных арен со светлыми малоплодородными песками.
Особенности и сочетание форм рельефа обусловили формирование разнообразных почвообразующих пород и приуроченных к ним определенных почв. Основной фон почвенного покрова Донно-Донецкой возвышенной равнины составляют черноземы южные. На склонах, примыкающих к балочным системам, и по их днищам формируются смытые и намытые разновидности черноземов. Почвообразующими породами здесь служат кроме лессовидных суглинков и глин, склоновый и балочный делювий. В днищах балок, в местах с близким уровнем залегания грунтовых вод, на аллювиально-делювиальных отложениях сформировались луговые и лугово-болотные почвы.
По гранулометрическому составу почвы преимущественно средне- и легкосуглинистые, что является характерной особенностью северной части Ростовской области, куда и входит территориально Обливский мехлесхоз. Для этих почв характерна мощность гумусового горизонта A+Bj+B в пределах 60-66 см. Содержание гумуса в пахотном горизонте 3,0-3,2 %, емкость поглощения 22-24 мг-экв/100 г почвы. Обеспеченность элементами питания средняя и низкая. Содержание физической глины от 28 до 32 %.
По наблюдениям почвоведов (В.Н. Агеева, В.Ф. Валькова и др., 1996; Е.В. Полуэктова и Е.М. Цвылева, 1999 и др.) у этих почв отмечается высокая плотность сложения (1,35-1,45 г/см ) в горизонтах В2 и ВС.
Влияние мелиоративных агротехнических приемов на плотность сложения почвы
Главная цель проводимых нами исследований - с помощью специальных Мелиоратив„ь,х агротехнических приемов разрушить уплотненную прослойку сформировавшуюся на глубине 32-45 см под воздействием тяжелой техники. Одним из основных показателей, характеризующих данное явление, является плотность сложения почвы. Плотностью почвы называют массу единицы об„е-ма абсолютно сухой почвы, взятой в естественном сложении.
При определении плотности сложения мы узнаем массу почвы в определенном объеме со всеми порами, имеющимися в почве. Плотность характеризует взаимное расположение почвенных частиц и агрегатов и выражается в грам-мах „а 1 см или т/м . Она зависит от минералогического и гранулометрического состава, структуры почвы н содержания органического веществ, Большое влияние на плотность оказывает обработка почвы и воздействие движущейся по поверхности почвы техники. сложения почвы определяет соотношение твердой, жидкой и образной фаз и оказывает существенное влияние на рост и развитие расте ШЙ Многочисленными исследованиями установлено, что ослабление роста растений происходит при достижении критического уровня плотное сложе ния почвы. Как слишком рыхлое, так и чрезмерно плотное сложение почвы не
В.М. Гармашов, соответствует требованиям растении (ГА Воробьев, , юля- НА Качинский, 1965; ИЛ. Котоврасов, 1984, 1996; П.К. Иванов и др., 1968, Н.А. качине , ПП. Колмаков и др., 1981; В.Н. Слесарев, 1965; Е.С. D.ckey and., 1985, A.U Kenimar and, 1986 и др.). Наивысшей продуктивности культурные растени Читают при оптимальной плотности сложения почвы, — — зависимости от разновидности почвы и ее гранулометрического состава в пре делах 1,1-1,3 г/см . Однако отклонение от этих величин могут быть значительными, создавая экстремальные условия для роста и развития растений в почвенной среде (таблица 4). Таблица 4 - Плотность почвы пахотного слоя, г/см (А.Г. Бондарев, Создание оптимальной плотности пахотного слоя - важнейший прием повышения урожайности. По данным С.Н. Тайчинова, оптимальная плотность пашни дает следующую прибавку урожая в сравнении с излишне уплотненными почвами: яровая пшеница - 1,5 ц/га, просо - 2,5 ц/га, кукуруза на силос -25-40 ц/га, сахарная свекла - 8-Ю ц/га, картофель - 15 ц/га. На основе изучения почв Предкавказья (Б.И. Тарасенко, 1975) установлено, что максимальные урожаи сельскохозяйственных культур получают на чер-ноземах с плотностью в горизонте АВ порядка 1,30-1,35 г/см при других оптимальных показателях почвенных свойств. Поэтому граница оптимальных значений плотности нижней толщи почвы определяется величиной 1,35 г/см3. Последовательное увеличение плотности почвы ведет к постепенному снижению урожайности. Обычно увеличение плотности почвы в ее корнеобитаемом слое на 0,1 снижает урожай зерновых культур на 10-15 % (Вальков В.Ф., 1986).
В проведенных нами исследованиях установлено, что плотность сложения пахотного слоя 0-30 см перед основной обработкой не выходила за пределы оптимальной величины (1,16-1,28 г/см ). Но уже с глубины 30 см величина плотности сложения резко увеличивалась до 1,35-1,37 г/см , достигая максиму-ма на глубине 40-45 см - 1,44-1,47 г/см .
Таким образом, верхний полуметровый слой почв, на котором проводились исследования, резко различается по сложению. Пахотный 0-30 см слой характеризуется рыхлым или слегка уплотненным и нижний 30-50 см очень плотным сложением.
Плотность сложения почвы, измеренная через полтора месяца после проведения основной обработки (т.е. уже незадолго до ухода в зиму), составила в верхнем 0-20 см слое почвы на отвальной вспашке 1,08 г/см , плоскорезной об-работке - 1,07 г/см , чизельной - 1,06 г/см . Заметный переход наметился на глубине 20-30 см, т.е. там, где не проводилось механическое рыхление. Плотность сложения повысилась по отношению к вышележащему слою в среднем на 0,14 г/см3 (таблица 5).
Практически не изменилась плотность сложения почвы с глубины 30 см на вариантах, где глубина способов основной обработки ограничивалась 20-22 см.
Совершенно иная картина по изменению плотности сложения почвы наблюдалась на варианте чизельной обработки на глубину 40-45 см. Здесь на глу-бине 30-40 см плотность сложения составила 1,14 г/см , а на 40-50 см - 1,19 г/см3. То есть по отношению к исходному состоянию произошло разуплотнение почвы и снижение её плотности на 0,22-0,28 г/см или на 16 и 19 % соответственно. Несколько меньшее, но также весьма существенное разуплотнение почвы было и на варианте плоскорезной обработки прощелеванной щелевателем ЩП-3-70. Здесь величина снижения плотности на глубине 30-40 см и 40-50 см по отношению к исходному состоянию составила 0,17 г/см . Все это объясняется тем, что расстояние между рабочими органами щелевателя было 700 мм, а между парами щелей 1400 мм.
За весеннее-летний период плотность сложения почвы возросла. С одной стороны это объясняется проведением технологических операций, связанных с подготовкой почвы к посеву, посевом ярового ячменя, уходными работами, с другой - происходит оседание и уплотнение почвы под воздействием природных факторов.
В наибольшей степени увеличилась плотность сложения на делянках, обработанных плоскорезом на глубину 20-22 см , в среднем за три года на 0,10 г/см3. На делянках, обработанных плугом, эта величина составила 0,09 г/ см3. Произошло уплотнение и верхнего 0-30 см слоя на делянках, обра-ботанных чизельным плугом до 1,16-1,19 г/см . На варианте с глубиной обработки чизелем на 40-45 см плотность сложения в период колошения ячменя незначительно (на 0,04 г/см3) увеличилась, но в абсолютном выражении (1,20 г/см3) соответствовала оптимальному значению (В.Ф. Вальков, 1986). Более заметное увеличение плотности сложения имело место на этой глубине на варианте со щелеванием - 1,30 г/см3.
Влияние способов основной обработки на водный режим и динамику доступной влаги в почве
В числе важнейших водно-физических свойств почвы водопроницаемость определяет водный режим, величину и интенсивность стока талых и дождевых вод, а отсюда и количество смываемой почвы. Водопроницаемость -способность почвы поглощать воду и передвигать ее вниз под влиянием гравитационных сил. Различают две стадии водопроницаемости: впитывание и фильтрацию. Когда поры почвы лишь частично заполнены водой, тогда при по 59 ступлений воды наблюдается ее впитывание в толщу почвогрунта. В том случае, когда почвенные поры полностью насыщены водой, происходит процесс фильтрации, т.е. движение в условиях сплошного потока жидкости.
Основной обработке почвы принадлежит важная роль в регулировании инфильтрации осадков. Она сводится к двум основным моментам: во-первых, обработкой почвы можно создать условия, максимально возможного аккумулирования осадков, во-вторых, посредством изменения сложения пахотного слоя обеспечить их экономное расходование.
Резкая дифференциация верхнего 0-50 см слоя по плотности сложения существенным образом отразилась на величине водопроницаемости изучаемых почв. С целью установления влияния воздействия тяжелой техники на интенсивность водопоглощения в полевых условиях был проведен эксперимент, когда водопроницаемость определялась с поверхности почвы, затем при последовательном удалении верхнего слоя почвы (0-30 и 0-45 см).
Таким образом, в первом варианте эксперимента величина плотности сложения верхнего 0-30 см слоя составила в среднем 1,19-1,21 г/см3. После того как мы удалили 0-30 см слой, на поверхности оказалась уплотненная прослойка с плотностью сложения 1,40-1,47 г/см . При удалении слоя 0-45 см были обна-жены горизонты Е$2 и ВС, имеющих естественное сложение 1,37-1,39 г/см .
Как показали результаты исследований, в том случае, когда водопроницаемость определялась с дневной поверхности, интенсивность поглощения воды почвой наблюдалась лишь в первый час эксперимента - 1,59 мм/мин. Затем наступало резкое замедление скорости просачивания воды - более чем в три раза. Данное явление объясняется тем, что первоначально наличие свободных пор и пустот в верхнем 0-30 см слое способствовало достаточно быстрому их заполнению. После того, как они были заполнены водой, на границе уплотненного слоя скорость движения воды резко замедлялась, в связи с незначительным количеством водопроводящих пор. Движение влаги осуществлялось под влиянием гидростатического напора воды, накопленной в верхнем горизонте (таблица 12).
В том случае, когда был снят слой почвы до глубины 30 см, скорость инфильтрации в первый час эксперимента составила 0,69 мм/мин, а во второй и третий часы понизилась более чем на 40 %. Достаточно высокая скорость поглощения воды в первый час можно объяснить невысокой влажностью почвы 17,2%.
При удалении слоя почвы 0-45 см, т.е. пахотного горизонта вместе с уплотненной прослойкой на дневную поверхность выходит часть горизонта Вг, под которым залегает горизонт ВС. Оба они имеют неясно-призматическую структуру при плотности сложения 1,37-1,39 г/см3. Количество водопрочных агрегатов здесь несколько больше, чем в слое 30-50 см, т.е. с этой глубины почва характеризуется более устойчивым во времени сложением. Все вышесказанное определенным образом отразилось на величине водопроницаемости, которая в среднем за 3 часа составила 1,09 мм/мин.
Результаты этого эксперимента подтвердили полученные в других зонах нашей страны и за рубежом сведения о том, что неоднородный по сложению пахотный и подпахотный слои существенно влияют на водопроницаемость, скорость просачивания воды по профилю почв (Н.И. Болокан, 1986; Н.И. Зезин и др., 2005; А.Г. Бондарев и др., 1984; И.П. Макаров и др., 1985; М.И. Сидоров, 1980; П.С. Трегубов и др., 1985; А.И. Шабаев, 2003; T.D. Lez, 1991; A.R. Pesant и др., 1967). Для более детального изучения данного явления был проведен модельный опыт в лабораторных условиях. С этой целью отрезок трубы диаметром 150 мм и длиной 600 мм заполняли почвой с опытного участка, задавая различную плотность сложения по слоям от 0-10 см до 40-50 см. Водопроницаемость определяли напорным методом, создавая постоянный слой воды на поверхности почвы толщиной 25 мм. Кроме величины водопроницаемости нами также определялась скорость продвижения воды по образцу почвы.
Как показали результаты исследований, в том случае, когда плотность сложения равномерно увеличивалась по слоям, но не выходила за пределы оптимальных значений, величина водопроницаемости в среднем за 3 часа составила 1,43 мм/мин (образец № 1). Скорость просачивания воды по опытному образцу при таких значениях плотности превысила 0,60 см/мин (таблица 13). При увеличении плотности сложения в нижнем 40-50 см слое до 1,30 г/см3 (образец № 2) происходит достаточно заметный спад, как по величине водопроницаемости, так и по скорости продвижения воды. Более чем в два раза снизилась величина водопроницаемости и скорость просачивания воды по профилю почвы (образец № 3) в том случае, когда плотность сложения в слое 30-40 см составила 1,30 г/см , а в слое 40-50 см - 1,40 г/см . Аналогичные данные были получены Е.В. Полуэктовым на черноземах обыкновенных Ростовской области. Столь резкое уменьшение скорости инфильтрации, по всей вероятности, указывает на качественный сдвиг в соотношении капиллярных и некапиллярных пор.
Самые низкие показатели по изучаемым параметрам имели место в том случае, когда плотность 0-30 см слоя в среднем составляла 1,20 г/см3, а 30-50 см - 1,47 г/см (образец № 6). По сравнению с первыми двумя образцами величина водопроницаемости снизилась в 12,6 раз, а скорость просачивания воды - более чем в 7 раз.
Спустя час после эксперимента определялась влажность почвы по слоям с интервалом 10 см (приложение А). Оказалось, что при постепенном увеличении плотности почвы (образец № 1) вода, поступающая на поверхность,
