CC BY
26УДК 631.4. 631. 425.4.631.435
ФОРМИРОВАНИЕ ПЛУЖНОЙ ПОДОШВЫ ПРИ РАЗЛИЧНЫХ ПРИЁМАХ ОСНОВНОЙ ОБРАБОТКИ СЕРОЙ ЛЕСНОЙ ПОЧВЫ
С.И. Зинченко, д.с.-х.н., В.С. Зинченко, к.б.н.— ФГБНУ Владимирский НИИСХ
E-mail: mail@vnish.org
Использование серой лесной почвы в сельскохозяйственном производстве более 25 лет приводит к формированию специфических свойств, которые обусловлены преобразованием микроагрегированности почв. Активность этого процесса зависит от типа агрогенной нагрузки. Механическое воздействие на серую лесную почву в результате ежегодной отвальной вспашки на 20-22 см вызывает изменение коэффициента полидисперсности и фактора дисперсности в слое 30-40 см а также формирования плужной подошвы под обрабатываемым слоем. Применение ежегодной безотвальной обработки на глубину 6-8 см не оказывает существенного влияние на микроагреги- рованность почвы, что не приводит к формированию плужной подошвы.
Ключевые слова: серая лесная почва, приемы основной обработки, агроэкосистемы, коэффициент полидисперсности, фактор дисперсности, плужная подошва.
При общей площади сельскохозяйственных угодий в Российской Федерации 402, 3 млн. га в последние годы ежегодно обрабатывают около 78 млн. га пашни [1]. Основную обработку почвы, в зависимости от типа почвы, зоны, технологии возделывания и от экономического состояния хозяйства, проводят различными почвообрабатывающими орудиями и на разную глубину. Однако основными орудиями, используемыми при осенней или основной обработке почвы, остаются орудия, производящие оборот пласта или отвальные, то есть отвальные плуги. В связи с большими энергетическими затратами на проведение основной обработки и необходимостью сохранения плодородия почвы продолжается поиск приёмов основной обработки или их сочетаний, сокращающих дегра-дационные процессы в почве и энергетические затраты на выполнение работ.
Не зависимо от вида и марки почвообрабатывающего орудия основное воздействие, которое оно оказывает на обрабатываемый слой, связано со степенью крошения почвы. Качество обработки оценивается по уровню формирования в обработанном слое агрономически ценной структуры и её распределения в почве [2]. После рыхления почвенные частицы переходят из гексагонального расположения в более рыхлое - кубическое. Это в свою очередь приводит к изменению соотношения твёрдой и газообразной фазы и в значительной степени увеличивает объём некапиллярной скважности. Всё это обеспечивает провальную фильтрацию выпадающих осадков в обработанном слое в осеннее - весенний период. С фильтрацией осадков в это время происходит активный перенос илистой фракции в нижележащие слои, к верхней границе необработан-
ного слоя почвы. Здесь они задерживаются и закупоривают поры необработанного слоя почвы, что приводит к его уплотнению [2-5].
Наиболее полную характеристику как главного приёма основной обработки почвы в науке получила отвальная вспашка, используемая в основном и в Опольной зоне [6]. Применение
этой обработки, как отмечаетс я в ранее проведённых исследованиях на чернозёмной почве П.А. Костычевым и А.И. Соколовским [5], кроме положительных характеристик имеет и отрицательные. Высокий уровень крошения обрабатываемого слоя почвы при впитывании осадков, особенно осенних и весенних, способствует активному вымыванию коллоидной части почвы в период большого увлажнения чернозёма, выносу наиболее ценных илистых частиц в более глубокие горизонты и перемещению вниз нижней границы подзолистого и переходного горизонта. С повышением глубины вспашки усиливаются темпы выветривания, что
содерэк'слние: физической глины, %
приводит к изменению установившейся динамики коллоидов в почве, а это, по мнению А.Н. Соколовского, служит причиной формирования уплотнённого горизонта - «подошвы» [5].
Цель данной работы - выявить наиболее оптимальный прием основной обработки, снижающий условия формирования плужной подошвы; определить влияние антропогенного воздействия на значение коэффициента полидисперсности и фактора дисперсности серой лесной почвы агроце-нозов.
Исследования проводили на серой лесной среднесуглинистой почве в стационарном опыте (ФГБНУ Владимирский НИИСХ, г. Суздаль), заложенном в 1986 году. Формирование агроэкоси-стем происходило около трёх десятилетий в севообороте: овес с подсевом клевера - клевер 1-го года - клевер 2-го года - озимая рожь - яровая пшеница - ячмень. Пахотный слой имеет следующие агрохимические показатели: содержание гумуса 2,5-2,8 %, подвиж-
сч>()е/?.ж с1ние ила,
1 ОО h, см
ЮО h, см
1-залежь, 2- ежегодная безотвальная обработка на 6-8см, 3- ежегодная отвальная вспашка на 20-22см, 4- периодическая ярусная вспашка на 28-30см Рис. 1 Влияние приемов основной обработки на содержание в серой лесной почве физической глины и илистой фракции по данным гранулометрического анализа
№ 1 (71) 2015
ВлаЗимгрсШ ЗешебЪдецТз
а - залежь; б - ежегодная мелкая безотвальная обработка на 6-8 см; в - ежегодная отвальная вспашка на 20-22 см; г - периодическая ярусная вспашка на 28-30 см
Рис. 2 Изменение фактора структурности (Кс) по профилю почвы
а - залежь; б - ежегодная мелкая безотвальная обработка на 6-8 см; в - ежегодная отвальная вспашка на 20-22 см; г - периодическая ярусная вспашка на 28-30 см
Рис. 3 Изменение числа агрегации по профилю серой лесной почвы по В.Н. Димо
ных форм Р2О5 и К2О - 150 и 138 мг/кг почвы соответственно, рНкс| 5,8.
Объектами исследования были следующие варианты: ежегодная плоскорезная обработка на глубину 6-8 см; ежегодная отвальная вспашка на глубину 20-22 см; периодическая ярусная вспашка на глубину 28-30 см под озимую рожь с чередованием ее с плоскорезной обработкой на глубину 6-8 см под остальные культуры севооборота. Минеральные удобрения вносили фо-ново в дозах, рекомендованных для культур севооборота ^РК 40-60 кг/га д.в.). В качестве контроля использовали почву залежи, более 30 лет не подвергавшуюся воздействию почвообрабатывающих орудий.
Определение гранулометрического состава серой лесной почвы проводили на изучаемых фонах после возделывания клевера, перед обработкой под озимую рожь. Гранулометрический анализ не выявил изменений в распределении физической глины и ила в профиле почвы агроэкосистем по сравнению с природными аналогами (залежью). В рассматриваемом профиле залежи серой лесной почвы можно отметить, что содержание ила при гранулометрическом анализе линейно возрастает от 11 % с глубины 0-10 см до 50% на глубине 1 м (рис.1). В почве с ежегодной отвальной вспашкой в слое 30-40 см, то есть под плужной подошвой формируется минимальное содержание ила. В районе формирования плужной подошвы почва наиболее грубодисперсна.
Сравнительная характеристика первичных и самых устойчивых почвенных структур в агроэкосистемах по результатам двух анализов позволяет провести оценку устойчивости и стабильности микроструктуры к внешним воздействиям. Именно от этой способности агрегатов зависит противо-эрозионная устойчивость почвы, и способность выдерживать внешние механические нагрузки [7].
Одним из показателей, характеризующих водоустойчивость микроагрегатов и потенциальную способность почвы к оструктуриванию, служит «фактор структурности» (Кс). С ростом Кс увеличивается водоустойчивость микроагрегатов. Наблюдения за этим показателем свидетельствует, что, как на залежи, так и на участке с ежегодной поверхностной обработкой на 6-8 см, наименьшие значения фактора структурности отмечаются в верхнем 0-10 см слое, где протекают основные биохимические процессы в почве (рис. 2 а, б). Его значения находятся в пределах 21,2 - 43,6 %. В слое 20-30 см они резко
Владимгрскт ЗемлеЗЪдеф
№ 1 (71) 2015
а - залежь; б - ежегодная мелкая безотвальная обработка на 6-8 см; в - ежегодная отвальная вспашка на 20-22 см; г - периодическая ярусная вспашка на 28-30 см
Рис. 4 Изменение числа агрегации по профилю серой лесной почвы по Н.Д. Пустовойтому
а - залежь; б - ежегодная мелкая безотвальная обработка на 6-8 см; в - ежегодная отвальная вспашка на 20-22 см; г - периодическая ярусная вспашка на 28-30 см
Рис. 5 Изменение коэффициента полидисперсности по профилю почвы
№ 1 (71) 2015
возрастают до 86,3-97,2 % и остаются практически неизменными до глубины 1 м, что свидетельствует о формировании микроструктуры высокой прочности.
На вариантах с ежегодной отвальной вспашкой, как и с периодической ярусной вспашкой, в слое 0-30 см формируется прочная микроструктура, однако влияние плужной подошвы проявляется на глубинах 30-40 и 40-60 см (рис. 2в, г). Применение ежегодной отвальной вспашки на глубину 20-22 см обусловливает значительное снижение «фактора структурности» в слоях 30-40, 40-60 и 60-80 см по сравнению с обрабатываемым слоем (рис. 2в). В почве с периодической ярусной вспашкой снижение фактора структурности до 65,9 %. отмечено в слое почвы 4060 см. То есть, наблюдается чётко выраженная закономерность снижения «фактора структурности» на фонах с отвальной и ярусной вспашкой, в результате чего формируется плужная подошва соответственно на глубине 20-30 и 30-40 см (рис. 2в, г) [8].
Оценка микроструктурности почвы по методу В.Н. Димо и Н.Д. Пустовой-това показала, что число агрегации на участке залежи и варианте с ежегодной безотвальной обработкой на 6-8 см плавно возрастало от слоя почвы 0-10 см до глубины в 100 см (рис. 3а, б).
Для почвы агросистем с ежегодной отвальной вспашкой на 20-22 см, где формируется плужная подошва, минимальное число агрегации Кд= 4,2% отмечается в слое 30-40 см (рис. 3в). В почвах с периодической ярусной вспашкой на 28-30 см этот минимум опускается ниже по профилю и отмечается на глубине 40-60 см (1,9%), в связи с формированием плужной подошвы на глубине 30-40 см (рис. 3г).
Показатель числа агрегации по Н.Д. Пустовойтому (Кп), так же как и предыдущий показатель, имеет четко выраженный минимум числа агрегации в почве ежегодно обрабатываемой отвально на 20-22 см. Он отмечается на глубине 30-40 см, то есть ниже плужной подошвы (рис. 4в).
На варианте с периодической ярусной вспашкой, в связи с опусканием границ плужной подошвы ниже по профилю, минимальное значение числа агрегации (25,3%) отмечается на глубине 40-60 см (рис. 4г). Исследованиями не выявлены изменения гранулометрического состава в почвенном профиле с ежегодной мелкой безотвальной обработкой на 6-8 см в сравнении с участком залежи.
Сопоставление результатов гранулометрического и микроагрегатного
ВлаЗтшрсйй ЗемлейлецТ)
О 20 4° «О 0 20 40 Л'..»",,
о 20 40 60 „ 20 40 А',.%
а - залежь; б - ежегодная мелкая безотвальная обработка на 6-8 см; в - ежегодная отвальная вспашка на 20-22 см; г - периодическая ярусная вспашка на 28-30 см
Рис. 6 Изменение фактора дисперсности по профилю почвы
О 20 40 I V / „..р"/<>
а - ежегодная мелкая безотвальная обработка на 6-8 см, б - периодическая ярусная вспашка на 28-30 см
Рис. 7 Изменение величины гигроскопической влажности в серой лесной почве
анализов изучаемых агроценозов, позволяет рассмотреть влияние антропогенных факторов на параметры оценки микроагрегированности серой лесной почвы или их потенциальную способность к микроагрегированию -образованию микроагрегатов размером менее 0,25мм [9].
На глубину отбора почвенных образцов рассчитали коэффициент полидисперсности (5, %) (рис. 5). Этот показатель характеризуется отношением фракций почвы <0,001 мм к фракциям > 0,01 мм.
Для почвы залежи минимальный коэффициент полидисперсности на-
ходится в слое 0-10 см (11%), а на глубине 1 м возрастает до 43,1 %. На варианте с ежегодной мелкой обработкой наблюдается аналогичное плавное распределение по профилю коэффициента полидисперсности (рис. 5 а, б). Это говорит о прочной микроструктуре в слоях почвы, расположенных ниже слоя 0-10 см.
Излишне рыхлое сложение, формируемое после отвальной и периодической ярусной вспашки, обусловливает вымывание илистой фракции почвы в нижние необрабатываемые слои [2,6]. В этом случае происходит закупоривание почвенных пор илистыми части -цами, что приводит к формированию плужной подошвы под обрабатываемым слоем почвы [6]. Активизация этих процессов может привести к снижению впитывания атмосферных осадков и талых вод в весенний период, застаиванию их на поверхности или в пахотном слое почвы. В результате этого на варианте с ежегодной отвальной вспашкой на глубине 30-40 см, то есть под плужной подошвой, наблюдается минимальное значение коэффициента полидисперсности (рис. 5в). На варианте с периодической ярусной вспашкой минимальное значение этого показателя отмечается также ниже плужной подошвы - на глубине 40-60 см. Снижение коэффициента полидисперсности на этих вариантах показывает, что под плужной подошвой формируется более грубодисперсный слой почвы в результате концентрации мелкодисперсной фракции в слое плужной подошвы.
Гранулометрический и микроагрегатный анализ позволяют определить показатели микроагрегированности или потенциальную способность серой лесной почвы к микроагрегированию. Один из таких показателей, характеризующих прочность структуры почвы, предложен Н.А. Качинским - фактор дисперсности почвы (Кк) (рис. 6). Он определяется отношением содержания ила при микроагрегатном анализе к содержанию ила при гранулометрическом анализе. Чем выше фактор дисперсности (Кк % ), тем менее прочна микроструктура почвы.
Результаты исследований показали, что в почве, где проводили ежегодную безотвальную обработку на глубину 6-8 см и на участке залежи минимальная прочность структуры наблюдается в слое 0-10 см. На остальных глубинах (до 1 м) она практически не изменяется, а это свидетельствует о формировании микроструктуры с высокий прочностью (рис. 6а, б). На вариантах с ежегодной отвальной вспашкой, как и с периодической ярусной вспашкой,
Владимгрскт Зешедкеф
№ 1 (71) 2015
в слое 0-30 см формируется прочная микроструктура, однако влияние плужной подошвы проявляется на глубинах 30-40 см и 40-60 см (рис. 6в,г). В этой области почвенного профиля наблюдается наименьшая прочность микроструктуры. Что может способствовать развитию в этих слоях серой лесной почвы интенсивных восстановительных процессов.
Проявление восстановительных процессов может привести к ухудшению физико - химических свойств почвы и способно отрицательно повлиять на развитие корневой системы возделываемых культур.
В агроэкосистемах с ежегодной отвальной и периодической ярусной вспашкой отмечается явное увеличение микроагрегированности серой лесной почвы ниже глубины обработки, то есть в слоях 30-40 см и 40-60 см. Формирование плужной подошвы обусловливается вымыванием коллоидов из обработанного отвальными орудиями слоя и накоплением их в нижележащих слоях [2,3,6]. Косвенным подтверждением этого процесса могут служить и показатели гигроскопической влажности почв, ежегодно обрабатываемых безотвально на глубину 6-8 см и с периодической ярусной вспашкой на 28-30 см (рис. 7).
Величина гигроскопической влажности зависит от механического состава почвы и содержания в ней органических и минеральных коллоидов. Чем их больше и тяжелее механический состав, тем выше величина гигроскопической влажности. В почве с ежегодной поверхностной безотвальной обработкой на 6-8 см, где не происходит формирования плужной подошвы, величина гигроскопической влажности плавно снижается от 33,7 до 19,6%. На варианте с периодической ярусной вспашкой, где под обрабатываемым слоем формируется плужная подошва, на глубине 40-60 см происходит резкое
увеличение гигроскопической влажности. Вероятно, возрастание этого показателя происходит из-за миграции органических и минеральных коллоидов из пахотных горизонтов и накопления их в этом слое. В этой области почвенного профиля наблюдается наименьшая прочность микроструктуры. Процесс вымывания органических и минеральных коллоидов из обработанного слоя и их накопление в нижележащих слоях почвы способствует обезиливанию пахотного горизонта. Это может вызывать заплывание почвы, образование корки, уплотнение пахотного слоя после схода талых вод и прохождения дождей. Все перечисленные выше явления могут отрицательно повлиять на плодородие почвы, что снизит продуктивность агроэкосистем.
Таким образом, вовлечение серых лесных почв в сельскохозяйственное производство приводит к формированию специфических свойств агро-экосистемы, которые обусловлены преобразованием микроагрегирован-ности почвы. Активность этого процесса зависит от типа антропогенного воздействия. Ежегодная безотвальная обработка серой лесной почвы на глубину 6-8 см формирует микроагрегатный состав аналогично участку залежи. Агрогенное воздействие на почву в результате ежегодной отвальной вспашки на глубину 20-22 см вызывает формирова-
S .I. Zinchenko, V.S. Zinchenko. FORMATION OF THE PLOUGH SOLE AT VARIOUS METHODS OF THE MAIN PROCESSING OF THE GREY FOREST SOIL.
Use of the gray forest soil in agricultural production leads more than 25 years to formation of specific properties which are caused by transformation of a mikroagregirovannost of soils. Activity of this process depends on type of agrogene loading. Mechanical impact on the gray forest soil as a result of annual dump plowing on 20-22 cm causes change of coefficient of polydispersion and a factor of dispersion in a layer of 30-40 cm and formation of a plow sole under the processed layer. Application of annual bezotvalny processing has on depth of 6-8 cm essential no impact on a soil mikroagregirovannost that doesn't lead to formation of a plow sole.
Keywords: gray forest soil, methods of the main processing, agroecosystem, plow sole.
ние плужной подошвы, что приводит к изменению микроагрегированности почвы в слое 30-40 см и может привести к ухудшению водно-физических свойств сельскохозяйственных почв.
Литература
1. Доклад о состоянии и использовании земель сельскохозяйственного назначения. Министерство сельского хозяйства РФ.- М., 2010. - 100с.
2. Зинченко С.И. Основы обработки черноземов,- М., 2006. - 248 с.
3. Вильямс В.Р. Почвоведение. Земледелие с основами почвоведения, -М., 1939. - 448 с.
4. Зинченко С.И., Зинченко В.И. Развитие земледелия от мотыжного до по-чво-защитного, - М., 2006. - 136 с.
5. Соколовский А.Н. Избранные труды - Киев,1971. - С. 200-201.
6. Научные основы систем земледелия Владимирской области / под ред. И.В. Бирюкова, С.И. Зинченко. - Владимир, 2010. - 308 с.
7. Шеин Е.В. Курс физики почв, - М., 2005. - 432с.
8. Зинченко С.И., Мазиров М.А., Зинченко В.С. Антропогенное влияние приёмов основной обработки на элементы механического состава серой лесной почвы // Успехи современного естествознания. - 2013. - № 2. -С. 47-50.
№ 1 (71) 2015
ВлаЗимгрсШ ЗешебЪдецТз
