CC BY
3
АГРОНОМИЯ, ЛЕСНОЕ И ВОДНОЕ ХОЗЯЙСТВО AGRONOMY, FORESTRY AND WATER MANAGEMENT
Научная статья
УДК 631.432.22 DOI: 10.52691/2500-2651-2023-99-5-3-7
ЧРЕЗВЫЧАЙНОЕ ПЕРЕУВЛАЖНЕНИЕ ПАШНИ: ПРИЧИНЫ И ПРЕДОТВРАЩЕНИЕ
Евгений Владимирович Просянников
ФГБОУ ВО Брянский ГАУ, Брянская область, Кокино, Россия
Аннотация. Изучены особенности чрезвычайного переувлажнения пашни Брянской области после обильных продолжительных дождей. Получены данные, свидетельствующие о болезни ее почв, обусловленной взаимовлиянием естественных причин и следующих аграрных воздействий: переуплотнением из-за нерациональной нагрузки ходовыми системами используемой техники. Разрушением водопрочных почвенных комков и зерен при обработке орудиями в состоянии не соответствующем физической спелости почвы. Снижением в пахотном горизонте содержания гумуса из-за интенсивной минерализации и недостаточного внесения исходных веществ его синтеза, а также низкой активности в ней ионов кальция, предохраняющих вновь образованный гумус от вымывания. Нарушением технологий применения агрохимикатов. Образованием плужной подошвы и не разрушением при наличии. Отмечено, что регулировать естественные причины переувлажнения пашни невозможно, к ним нужно приспособить агротехнику. Способы предотвращения вышеперечисленных деструктивных аграрных воздействий на почвы пашни известны дипломированным растениеводам. Очень важно применять их с учетом местных особенностей естественных причин переувлажнения, а также системно и агротехнически точно.
Ключевые слова: чрезвычайное переувлажнение пашни, естественные причины, аграрные воздействия на почвы, предотвращение.
Для цитирования: Просянников Е.В. Чрезвычайное переувлажнение пашни: причины и предотвращение // Вестник Брянской ГСХА. 2023. № 5 (99). С. 3-7. http//:doi.org/10.52691/2500-2651-2023-99-5-3-7.
Original article
EXTREME WATERLOGGING OF ARABLE LAND: CAUSES AND PREVENTION
Evgeny V. Prosyannikov
Bryansk State Agrarian University, Bryansk Region, Kokino, Russia
Abstract. The features of extreme waterlogging of arable land in the Bryansk region after heavy prolonged rains have been studied. The data testifying to the disease of its soils due to the mutual influence of natural causes and the following agrarian impacts have been obtained: over-compaction due to the irrational load of undercarriage of the machinery used; destruction of water-resistant soil lumps and grains when cultivating with tools in a state that does not correspond to the workability of soil; a decrease in the humus content in the arable horizon due to intensive mineralization and insufficient introduction of the initial substances of its synthesis, as well as low activity of calcium ions in it, which protect the newly formed humus from leaching; violation of technologies for the use of agrochemicals; formation of a plow pan and not destruction if present. It is noted that it is impossible to regulate the natural causes of waterlogging of arable land, agricultural machinery must be adapted to them. Methods of preventing the above destructive agricultural impacts on arable soils are known to certified plant breeders. It is very important to apply them taking into account the local characteristics of the natural causes of waterlogging, as well as systematically and agrotech-nically accurately.
Keywords: extreme waterlogging of arable land, natural causes, agricultural impacts on soils, prevention.
For citation: Prosyannikov E.V. Extreme waterlogging of arable land: causes and prevention. Vestnik of the Bryansk State Agricultural Academy. 2023; (5): 3-7 (In Russ.). http//:doi.org/10.52691/2500-2651-2023-99-5-3-7.
Введение. Весна и осень часто бывают критическими для растениеводов Центрального Нечерноземья из-за длительного переувлажнения пашни, не позволяющего нормально провести ни весенние полевые работы, ни убрать урожай. В 22 аграрных районах Брянской области [1] в 2022 году даже было объявлено чрезвычайное положение, так как техника не могла передвигаться по насыщенной водой пашне (рис. 1).
Причины переувлажнения пашни разные, по происхождению они бывают естественными и антропогенными. Естественные - обильные и продолжительные осадки, выпадающие на плоские поля с колебанием высот до 10 м и с затрудненным поверхностным и внутрипочвенным стоком, а также наличие под почвой в пределах одного метра слабоводопроницаемой почвообразующей породы (рис. 2). Антропогенные причины обусловлены аграрными воздействиями человека на почвы пашни.
Обычно переувлажнение почв пахотных земель имеет комплексный характер. Регулировать естественные причины практически невозможно, к ним нужно приспособить систему приемов возделывания растений (агротехнику). Аграрные причины зависят от деятельности человека.
Рисунок 1 - Условия проведения полевых работ в Брянской области весной и осенью 2022 г.
Цель исследования выяснить особенности объективных причин переувлажнения пахотных земель в экстремальные по погодным условиям периоды года и разработать рекомендаций по недопущению этого негативного явления и устранению, если оно появилось.
Материалы и методы исследования. Изучали основные типы почв пахотных земель Брянской области, используя стандартные методы почвенных исследований [2, 3]. Для наглядного представления информации использовали источник [4] и рисунки из интернета.
Результаты и их обсуждение. В брянской пашне преобладают два типа почв: дерново-подзолистые и серые лесные, которые сформировались на пяти почвообразующих породах: ледниковом суглинке; водноледниковой супеси; водноледниковой супеси, подстилаемой ледниковым суглинком; покровном суглинке и лёссовидном суглинке (рис. 2).
Генетические горизонты профиля почв: пахотный горизонт (агрогоризонт), 2 - начало уплотнённого горизонта вмывання. 3 - оглеенный горизонт, 4 - почвообразующая (материнская) порода
Рисунок 2 - Изображение профиля основных почв Брянской области
Почвообразующие породы залегают на разной глубине и по способности пропускать воду, располагаются в следующий убывающий ряд: водноледниковая супесь; лёссовидный суглинок; покровный суглинок; водноледниковая супесь, подстилаемая ледниковым суглинком; ледниковый суглинок (рис. 2).
Влага обильных и продолжительных осадков, двигаясь вниз по профилю почвы, заполняет все пустоты, вытесняя из них почвенный воздух. Переувлажненная почва особенно подвержена уплотнению. Стоит тяжелой технике лишь один раз проехать по полю при влажности выше оптимальной, как агрого-ризонт почвы излишне уплотняется, вода выступает на поверхность поля, делая ее еще более мокрой.
Основной аграрной причиной уплотнения почвы пашни является разрушение ее ценной водопрочной комковато-зернистой структуры, образующейся при склеивании элементарных почвенных
частиц (ЭПЧ) активными соединениями гумуса при взаимодействии с ионами кальция. Избыток в почве влаги, нерациональное механическое воздействие ходовых систем техники и почвообрабатывающих орудий, снижение содержания активного гумуса и ионов кальция разрушают структурные комки и зерна до пылеватых ЭПЧ, из которых образуется глыбистая структура (рис. 3).
Установлено [5], что оптимальное содержание структурных водопрочных агрегатов (0,25-10 мм) составляет для нечерноземных почв 30-45 %. При этом в агрогоризонте доля агрегатов диаметром 0,25-30 мм должна достигать 80 %, а глыбистость не должна превышать 20 %. Такое состояние почвенной структуры обеспечивает: 1) наиболее благоприятный водно-воздушный режим благодаря рациональному сочетанию капиллярной и некапиллярной пористости; 2) активизацию микробиологических процессов мобилизации питательных веществ и предотвращает газообразные потери азота; 3) уменьшение смыва и размыва почвы из-за перевода поверхностного стока воды во внутрипочвен-ный сток; 4) снижение энергетических затрат на механическую обработку почвы, создавая предпосылки для ее минимизации; 5) облегчение прорастание семян и распространение корней растений.
1 - зернистые (0,05-5 мм); 2 - комковатые (5-50 мм); 3 - глыбистые (50-100 мм и более) Рисунок 3 - Виды структурных агрегатов агрогоризонта почвы:
Невозможно обеспечивать оптимальную структуру агрогоризонта почвы не поддерживая на должном уровне содержание гумуса (табл. 1).
Таблица 1 - Группировка почв пашни по содержанию гумуса, % [6]
Почва Гумусированность агрогоризонта почвы
меньше минимальной слабая средняя сильная
Агродерново-подзолистые песчаные и супесчаные легко- и среднесуглинистые тяжелосуглинистые и глинистые < 0,3-0,8 < 0,6-1,3 < 0,9-1,6 0,8-1,5 1,3-2,1 1,6-2,4 1,5-2,3 2,1-3,0 2,4-3,4 > 2,3 > 3,0 > 3,4
Агросерые лесные песчаные, супесчаные и легкосуглинистые среднесуглинистые, тяжелосуглинистые и глинистые < 1,2-2,0 < 1,6-2,5 2,0-2,9 2,5-3,5 2,9-3,9 3,5-4,5 > 3,9 > 4,5
При гумусированности меньше минимальной плотность и структурное состояние агрогори-зонта почвы приближаются к показателям почвообразующей породы, то есть почва перестает быть почвой (табл. 1).
Результаты мониторинговых наблюдений Центра химизации и сельскохозяйственной радиологии «Брянский» [7] свидетельствуют, что в среднем по области почвы пашни в 2015 году содержали 2,06 % гумуса, в 2016 году величина рН составляла 5,70. В 2015 году в области был отрицательным баланс гумуса (-434), кальция (-434), фосфора (-13,3) и калия (-46,7). Такое состояние почвы -«самостоятельного естественно-исторического органо-минерального природного тела..., создающего для роста и развития растений соответствующие условия», можно оценить как сильно болезненное. К 2021 году здоровье почв пашни постепенно стало улучшаться. Баланс в среднем по области хотя и остался отрицательным: гумус (-211), калий (-27,0), кальций (-10), но в меньшей степени, чем в 2015 году. Снизилось содержание гумуса до 1,95 % и величина рН до 5,57 [8].
В результате нерациональных механических и химических аграрных воздействий, почва уплотняется, разрушаются структурные почвенные агрегаты, а мелкопылеватые и илистые ЭПЧ вымываются вниз по профилю пока не застрянут в мелких порах. Аккумулируясь в нижней части профиля, они формируют плотный плохо водопроницаемый горизонт вмывания (табл. 2).
Таблица 2 - Плотность почвы (г/см3) / содержание мелкопылеватых ЭПЧ / содержание илистых ЭПЧ (% на абсолютно сухую почву) в Брянской области
Естественные дерново-подзолистые почвы Пахотные дерново-подзолистые почвы
горизонты и почвообразу ющая порода на водноледни ковой супеси на водноледниковой супеси, подстилаемой в пределах 1 м ледниковым суглинком горизонты и почвообразу ющая порода на водноледни ковой супеси на водноледниковой супеси, подстилаемой в пределах 1 м ледниковым суглинком
Гумусовый 1,49 / 6 / 3 1,30 / 4 / 3 Пахотный 1,64 / 7 / 2 1,59 / 4 / 2
Вымывания 1,68 / 4 / 4 1,50 / 4 / 2 Вымывания 1,77 / 3 / 4
Вмывания 1,73 / 4 / 11 1,71 / 6 / 3 Вмывания 1,79 / 3 / 14 1,79 / 3 / 1
Порода 1,84 / 3 / 5 1,68 / 7 / 2 Порода 1,77 / 3 / 5 1,76 / 3 / 1
Естественные серые лесные почвы Пахотные серые лесные почвы
горизонты и почвообразующа я порода на лёссовидном карбонатном суглинке со вторым гумусовым горизонтом на лёссовидном бескарбонатном суглинке горизонты и почвообразующа я порода на лёссовидном карбонатном суглинке со вторым гумусовым горизонтом на лёссовидном бескарбонатном суглинке
Гумусовый 1,30 / 10 / 10 1,27 / 8 / 12 Пахотный 1,48 / 7 / 14 1,50 / 13 / 11
Вымывания 1,44 / 6 / 18 1,24 / 10 / 11 Вымывания 1,53 / 6 / 14 1,24 / 12 / 15
Вмывания 1,37 / 5 / 15 1,57 / 7 / 10 Вмывания 1,41 / 5 / 13 1,54 / 9 / 10
Порода 1,36 / 7 / 11 1,60 / 8 / 12 Порода 1,37 / 7 / 10 1,65 / 9 / 12
Исследованиями установлено [9], что оптимальные показатели плотности почв для большинства возделываемых культур находятся в следующих интервалах: 1,1-1,3 г/см3 для суглинистых и глинистых по гранулометрическому составу почв; 1,2-1,4 г/см3 для легкосуглинистых; 1,3-1,5 г/см3 для супесчаных и песчаных почв. Нижние пределы диапазонов плотности оптимальны для требовательных к сложению почв пропашных культур, а также для условий повышенного увлажнения. Верхние пределы - оптимальны для менее требовательных зерновых культур сплошного сева и условий пониженного увлажнения.
К химическим аграрным воздействиям, разрушающим структурные почвенные агрегаты, относят недостаточное внесение в почву исходных органических веществ для образования гумуса (навоз, компост, сидерат, солома и др.), низкую активность ионов кальция, применение нерационально высоких доз кислых минеральных удобрений (сульфат аммония, хлорид аммония, аммиачная селитра, мочевина, гидрокарбонат аммония, сульфат калия, хлорид калия и др.), а также нарушение технологии известкования кислых почв и применения пестицидов.
Еще одна причина переувлажнения агрогоризонта при обильных и продолжительных осадках, это накопительное переуплотнение на границе агрогоризонта и подагрогоризонта, называемое плужной подошвой. Образуется этот значительно уплотненный слой толщиной в несколько сантиметров в результате постоянной обработки почвы плугом на одинаковую глубину. Такое механическое воздействие разрушает структурные почвенные агрегаты, состоящие из склеенных гумусом мелкопылеватых и илистых ЭПЧ.
Мелкопылеватая фракция ЭПЧ (0,005-0,001 мм) образована первичными и вторичными минералами, по содержанию гумуса близка к илистой фракции, способна к коагуляции и структурообра-зованию, но в гораздо меньшей степени, чем илистая. Неагрегированная мелкая пыль уплотняет почву, увеличивает набухаемости, усадку и трещиноватость, ухудшает водопроницаемость.
Илистая (тонкодисперсная) фракция (менее 0,001 мм) наиболее активна из ЭПЧ, так как обогащена гумусом и глинистыми минералами. Она создает водопрочность структурных агрегатов и поглотительную способность почвенного поглощающего комплекса (ППК). Но воздействие ила на почву становится негативным в следующих случаях: при очень малом количестве гумуса и высоком содержании глинистых минералов; при развитии восстановительных почвенных процессов в результате переувлажнения; при значительном насыщении ППК ионами водорода, аммония и калия.
Для предотвращения образования плужной подошвы и её устранения используют систему дифференцированной обработки почвы: наряду с отвальной обработкой плугом применяют различные безотвальные чизельные орудия, которые, имея значительно меньшую площадь соприкосновения с подагрогоризонтом, слабее и не по всей плоскости уплотняют почву под ним, улучшая ее водопропускную способность[10].
Заключение. Результаты изучения особенностей чрезвычайного переувлажнения пашни Брянской области после обильных продолжительных дождей свидетельствуют, что это негативное явление, снизившее способность почв вмещать влагу и обеспечивать ее отток в вертикальном и горизонтальном направлениях, обусловлено не только естественными причинами, но и следующими деструктивными аграрными воздействиями. Первое, переуплотнение почв в результате нерациональной нагрузки ходовыми системами используемой техники. Второе, разрушение ценных водопрочных почвенных комков и зерен
при обработке орудиями в состоянии не соответствующем физической спелости почвы. Третье, снижение в пахотном горизонте содержания гумуса из-за интенсивной минерализации и недостаточного внесения исходных веществ для его образования. Четвертое, низкая активность ионов кальция, закрепляющих на месте образования свежие гумусовые вещества, формирующие агрономически ценную почвенную структуру. Пятое, применение химических мелиорантов, кислых минеральных веществ, содержащих элементы корневого питания растений, и пестицидов с нарушением технологий внесения. Шестое, недопущение образования плужной подошвы и не разрушение ее при наличии. Регулировать естественные причины переувлажнения пашни после чрезвычайного переувлажнения невозможно, к ним нужно приспособить агротехнику. Способы предотвращения вышеперечисленных деструктивных аграрных воздействий на почвы известны дипломированным растениеводам. Очень важно применять их с учетом местных особенностей естественных причин переувлажнения, а также системно и агротехнически точно.
Список источников
1. Режим ЧАС ввели в 22 аграрных районах Брянской области из-за переувлажнения почвы дождями URL: https://xn--80aecvxfbbnpl.xn--p1ai/rejim-chs-vveli-v-22-agrarnyh-raionah-brianskoi-oblasti-iz-za-pereyvlajneniia-pochvy-dojdia (дата обращения: 09.08.2023).
2. Мамонтов В.Г. Методы почвенных исследований: учебник для вузов. СПб.: Лань, 2021. 260 с.
3. Агрофизические и агрохимические методы исследования почв: учебно-методическое пособие I сост. В.И. Терпелец, В.Н. Слюсарев. Краснодар: КубГАУ, 2016. 65 с.
4. Атлас почв СССР I под общ. ред. И.С. Кауричева, И.Д. Громыко. М.: Колос, 1974. 168 с.
5. Бондарев А.Г. Физика и механика почв в решении современных проблем почвенного плодородия II Почвоведение: аспекты, проблемы, решения: науч. тр. М.: Почв. ин-т им. В.В. Докучаева, 2003. 620 с.
6. Семенов В.М., Когут Б.М. Почвенное органическое вещество. М.: ГЕОС, 2015. 233 с.
7. Чекмарев П.А., Прудников П.В. Агрохимическое и агроэкологическое состояние почв, эффективность применения средств химизации и новых комплексных удобрений в Брянской области II Достижения науки и техники АПК. 2016. Т. 30, № 7. С. 24-33.
8. Прудников П.В., Пашковский А.А., Лелянова E.H. Агроэкологическая характеристика почв, экономическая эффективность применения средств химизации и новых комплексных удобрений в Брянской области // Достижения науки и техники АПК. 2022. Т. 36, № 11. С. 10-20.
9. Бондарев А.Г. Теоретические основы и практика оптимизации физических условий плодородия почв II Почвоведение. 1994. № 11. С 10-15.
10. Земледелие. Сельскохозяйственные машины. Плуг. URL: https:IIuniversityagro.ru7 (дата обращения: 29.08.
2023).
References
1. Rezhim CHAS vveli v 22 agrarnykh rayonakh Bryanskoy oblasti iz-za pereuvlazhneniya pochvy dozhdyami URL: https://xn--80aecvxJbbnpl.xn--p1ai/rejim-chs-vveli-v-22-agrarnyh-raionah-brianskoi-oblasti-iz-za-pereyvlajneniia-pochvy-dojdia (data obrashcheniya: 09.08.2023).
2. Mamontov V.G. Metody pochvennykh issledovaniy: uchebnik dlya vuzov. SPb.: Lan', 2021. 260 s.
3. Agrofizicheskiye i agrokhimicheskiye metody issledovaniya pochv: uchebno-metodicheskoye posobiye / sost. V.I. Terpelets, V.N. Slyusarev. Krasnodar: KubGAU, 2016. 65 s.
4. Atlas pochv SSSR /pod obshch. red. I.S. Kauricheva, I.D. Gromyko. M.: Kolos, 1974. 168 s.
5. Bondarev A. G. Fizika i mekhanika pochv v reshenii sovremennykh problem pochvennogo plodorodiya // Pochvovedeniye: aspekty, problemy, resheniya: nauch. tr. M.: Pochv. in-t im. V.V. Dokuchayeva, 2003. 620 s.
6. Semenov V.M., Kogut B.M. Pochvennoye organicheskoye veshchestvo. M.: GEOS, 2015. 233 s.
7. Chekmarev P.A., Prudnikov P. V. Agrokhimicheskoye i agroekologicheskoye sostoyaniye pochv, effektiv-nost' primeneniya sredstv khimizatsii i novykh kompleksnykh udobreniy v Bryanskoy oblasti // Dostizheniya nauki i tekhniki APK. 2016. T. 30, № 7. S. 24-33.
8. Prudnikov P.V., Pashkovskiy A.A., Lelyanova Ye.N. Agroekologicheskaya kharakteristika pochv, ekono-micheskaya effektivnost' primeneniya sredstv khimizatsii i novykh kompleksnykh udobreniy v Bryanskoy oblasti // Dostizheniya nauki i tekhniki APK. 2022. T. 36, № 11. S. 10-20.
9. Bondarev A. G. Teoreticheskiye osnovy i praktika optimizatsii fizicheskikh usloviy plodorodiya pochv // Pochvovedeniye. 1994. № 11. S 10-15.
10. Zemledeliye. Sel'skokhozyaystvennyye mashiny. Plug. URL: https://universityagro.ru/ (data obrashcheniya: 29.08.2023).
Информация об авторе:
Е.В. Просянников - доктор сельскохозяйственных наук, профессор кафедры агрохимии, почвоведения и экологии, ФГБОУ ВО Брянский ГАУ, p_e_v_32@mail.ru.
Information about the author
E.V. Prosyannikov - Doctor of Agricultural Sciences, Professor of the Department of Agrochemistry, Soil Science and Ecology, Bryansk State Agrarian University, p_e_v_32@mail.ru.
Автор несет ответственность за свою работу, представленные данные и плагиат.
The author is responsible for his work, submitted data and plagiarism.
Статья поступила в редакцию 29.08.2023; одобрена после рецензирования 05.10.2023, принята к публикации 10.10.2023 .
The article was submitted 29.08.2023; approved after rewiewing 05.10.2023; accepted for publication 10.10.2023.
© Просянников Е.В.
