Комбинированная обработка почвы как фактор снижения её переуплотнения в зоне Центрального Предкавказья Текст научной статьи по специальности «Сельское хозяйство, лесное хозяйство, рыбное хозяйство»

Комбинированная обработка почвы как фактор снижения её переуплотнения в зоне Центрального Предкавказья

Ю.А. Кузыченко, д.с.-х.н., ФГБНУ Северо-Кавказский ФНАЦ

Необходимость снижения затрат труда при интенсификации производства продукции растениеводства привела к увеличению энергоёмкости и весовых показателей машинно-тракторных агрегатов, при этом возросло уплотняющее воздействия ходовых систем тракторов и сельскохозяйственных орудий на почву. Это привело к изменению агрофизических показателей корнеобитаемого и подпахотного слоёв почвы, связанных с величиной уплотняющего давления колёс на почву [1, 2]. В литературе имеются многочисленные данные, показывающие, что сдвиговая вертикальная нагрузка на почву от движителей колёсных и гусеничных машин приводит к изменению ориентации иловатых пластинчатых частиц почвы, изменяющих своё положение в пространстве и вызывающих движение воды и воздуха [3]. Почва испытывает давление непродолжительное время, что сильно ограничивает возможность перемещения воды, т.е. уменьшается объём почвы и увеличивается объём содержания влаги [4]. В течение вегетационного периода продолжается дальнейшее уплотнение почвы, следовательно, изменяется и удельное сопротивление сдвигу в зависимости от изменения влаги в почве и действия корневых систем, с чем связано изменение плодородия почвы и урожайности сельскохозяйственных культур [5, 6].

Цель исследования: на основе экспериментальных данных установить зависимость удельного сопротивления сдвигу почвы различного механического состава от её влажности, определить удельное сопротивление почвы на различных поверхностных фонах, разработать карту-схему предрасположенности почв края к переуплотнению, установить возможность снижения уплотнения почвы путём применения комбинированных агрегатов.

Материал и методы исследования. Исследование по определению удельного сопротивления сдвигу чернозёмных почв различного механического состава в зоне Центрального Предкавказья проводили с использованием образцов ненарушенного сложения по методу Урсулова [7] на сдвиговом приборе с использованием твердомера Ревяки-на (рис. 1). Для исследования образцов с более низкой влажностью применялся метод медленной сушки с последующим горизонтальным сдвигом образца [8].

Метод размерностей [7] предполагает оценку зависимости уплотнения почвы Р (г/см3) от удельного сопротивления почвы перед основной обработкой

N (кг/см2) и влажности почвы W (мм). Далее проводятся математические операции над степенями размерностей показателей с выходом на формулу зависимости Р = f

Удельное сопротивление почвы на различных поверхностных фонах (залежь, пласт трав, стерня колосовых) определялось в процессе её обработки с помощью электронной установки ЭМА-ПМ, размещённой на тракторе Т-150К.

Результаты исследования. Данные проведённых испытаний и расчётов по определению удельного сопротивления сдвигу чернозёмной почвы различного механического состава в зависимости от влажности пахотного слоя представлены на рисунке 2.

Установлено, что тяжелосуглинистый черно -зём обладает более высоким сопротивлением сдвигу (0,46 кг/см2) при влажности пахотного слоя, близкому к ВЗ. Однако с увеличением влажности почвы в диапазоне 0,6—0,8 НПВ и выше отмечается резкое снижение сопротивления сдвигу чернозёмов с различным механическим составом (0,28—0,29 кг/см2), что однозначно приведёт к переуплотнению почвы.

Уплотнение почвы движителями машин и орудий, кроме влажности пахотного слоя (W), связано также и с исходным удельным сопротивлением

Рис. 1 - Прибор для определения удельного сопро-

тивления сдвигу

0.5

X

£

I 0,3

£ £

я

в

о

0,2

5 10 20 25 щ %

Рис. 2 - Удельное сопротивление сдвигу чернозёма с различным мехсоставом при разной влажности почвы (Ш)

.......гвжыюсуг.чнпвстый

----С|1еД11«:> 1.111||< ВС I мн

почвы при обработке Уравнение зависимости уплотнения почвы от этих показателей в общем случае, используя метод размерностей, имеет следующий вид:

Р = ^)а (W)P, (1). Размерности левой и правой части уравнения (1):кг3-м-6=(кг1-м-4)а -(м-3)р. Система уравнений: (кг) -3 = а; (м) — 6 = —4а—3Р; Отсюда а = -3; в = 6. Формула уплотнения почвы имеет вид: Р = т.е. уплотнение почвы имеет

прямую зависимость от влажности пахотного слоя и обратную от исходного удельного сопротивления почвы.

При этом удельное сопротивление чернозёмной почвы зависит как от её механического состава, так и от фона обработки: залежи, травяного пласта, стерни колосовых. Результаты исследования приводятся на рисунке 3.

Установлено, что при снижении содержания глинистых фракций в чернозёме обыкновенном с 60—80% (глина) до 20—30% (лёгкий суглинок) снижается и удельное сопротивление почвы: на залежи на 56%, на пласте трав на 63%, на стерне колосовых на 60%.

Картографический прогноз устойчивости почв различного гранулометрического состава к уплотнению от движителей машин и орудий основан на применении градационных критериев предрасположенности почв к машинной нагрузке, разработанных В.А. Ковдой [4]. Предложенными критериями определено, что песчаные и супесчаные почвы в слабой степени реагируют на переуплотнение при влажности пахотного слоя, равной 0,6—0,7 НПВ, легкосуглинистые — в средней степени (0,7—0,8 НПВ), среднесуглинистые — в высокой степени (0,8—0,9 НПВ), а тяжелосуглинистые и легкоглинистые почвы — в очень высокой степени предрасположенности к переуплотнению (выше 0,9 НПВ). Разработанная прогнозная карта-схема предрасположенности почв различного механического состава к переуплотнению МТА с учётом принятых критериев с наложением на неё контуров административных районов Ставрополья (рис. 4) показывает, что слабая предрасположенность почв

к переуплотнению составляет 16%, средняя — 2%, высокая — 43%, очень высокая — 39% площади края. Данная разработка ориентирована на принятие решений о целесообразности приобретения и использования энергетических средств с высоким удельным давлением на почву при разработке технологических карт на возделывание сельскохозяйственных культур.

Одним из приёмов снижения площади и кратности уплотнения почвы является применение комбинированных агрегатов. По методике В.А. Ков-ды [4] проведён расчёт снижения площади уплотнения поля, которое обеспечивает применение комбинированного агрегата АКМ-6У. Агрегат предназначен для сплошной обработки почвы на глубину 8—25 см с одновременным выполнением следующих операций: подрезание сорняков, рыхление, измельчение комков почвы и пожнивных остатков, мульчирование, уплотнение и выравнивание поверхности поля.

Расчёты показывают, что площадь уплотнения 81 на 1 га без учёта поворотных полос составляет:

= 10000 — = — = 1333 м2, где Ы — ширина уплот-Ы 6

нённой колеи почвы, м; Ы — ширина захвата агрегата, м. Суммарная же площадь уплотнения 8 при выполнении определённой сельскохозяйственной машиной отдельно каждой операции (лущение, культивация, измельчение комков, прикатывание) составляет:

. тм^Ь 0,8 0,56 0,56 0,56 2

= 10000У— = ^ + ^— + ^— + ^— = 4910 м2. Т В1 7 4 3 11

Применение комбинированного агрегата приводит к сокращению количества проходов тракторного агрегата путём совмещения нескольких операций, а степень снижения суммарной площади уплотнения к вследствие применения комбинированной машины АКМ-6У равна:

* = 5.=1910 = 3,6.

& 1333

Вывод. По результатам исследования относительный показатель степени снижения суммарной площади уплотнения поля ходовыми системами ма-

5 =

Рис. 3 - Удельное сопротивление почвы различного мехсостава на различных поверхностных фонах

Рис. 4 - Карта предрасположенности почв к переуплотнению

шин зависит от ширины захвата агрегата и большего числа технологических операций, выполняемых за один проход. Кроме того, комбинированные агрегаты позволяют не только сократить уплотняющее воздействие ходовых систем на почву, но и снизить на 20—25% эксплуатационные затраты.

Литература

1. Рабочев И.С., Бахтин П.У., Гавалов И.В. Уплотнение почвы ходовыми системами машин // Земледелие. 1978. № 5. С. 74.

2. Ревут И.Б., Соколовская Н.А., Васильев А.М. Структура и плотность почвы — основные параметры, кондиционирующие почвенные условия жизни растений // Пути регулирования почвенных условий жизни растений. Л.: Гидрометеоиздат, 1971. С. 5—125.

3. Слободдюк П.И., Чернова М.С., Дунай Н.Ф. Изменение физических свойств почвы в зависимости от действия ходовых систем тракторов // Вестник сельскохозяйственной науки. 1978. № 2. С. 12-18.

4. Ковда В.А. Переуплотнение пахотных почв: причины, следствия, пути уменьшения. М.: Наука, 1987. 216 с.

5. Кузыченко Ю.А. Обобщённый показатель деградации почвы как фактор формирования систем её обработки // Достижения науки и техники АПК. 2012. № 7. С. 12-14.

6. Кузыченко Ю.А. Агроэкологические аспекты оптимизации параметров почвенного слоя в системе «почва — машина» // Актуальные вопросы экологии и природопользования: матер. междунар. науч.-практич. конф. Ставрополь, ноябрь 2005 г. Ставрополь: АГРУС, 2005. С. 47—49.

7. Методы подобия и размерности в механике. М.: Наука, 1981. 448 с.

8. Антропогенная эволюция чернозёмов: монография / отв. ред. А.П. Щербаков, И.И. Васенев. Воронеж: Воронеж. гос. ун-т, 2000. С. 275—285.

Оптимизация водного режима в агроценозах и его влияние на сток талых вод на Южном Урале

Н.В. Соломатин, к.с.-х.н, Ю.М. Нестеренко, д.г.н, ФГБУН Оренбургский ФИЦ УрО РАН

Главным источником природных вод для формирования подземного и поверхностного стока в Оренбургской области считаются атмосферные осадки. Системы сельскохозяйственного землепользования в агроценозах Южного Урала, испытывая дефицит водообеспечения, ориентированы на увеличение продуктивных запасов влаги на полях за счёт уменьшения поверхностного и подземного стока вод.

Цель исследования — уточнение влияния основных способов обработки почвы и состояния кормовых угодий в агроценозах аграрной степи Южного Урала на весенний сток с малых водосборов и влияние осенней отвальной обработки почвы на водосборной площади рек и водохранилищ водо-дефицитного Южного Урала на формирование подземных вод.

Материал и методы исследования. Проводили исследование скорости впитывания в суглинистую чернозёмную почву при различных температурных режимах на данных угодьях. Определяли зависимости величин питания подземных вод, вычисленных по средним минимальным меженным и зимним расходам рек Южного Урала за расчётные периоды, от хозяйственной деятельности в агроклиматических зонах Оренбургской области на водосборной площади рек и водохранилищ вододефицитного Южного Урала.

Результаты исследования. Изучались следующие варианты: отвальная обработка почвы, нулевая обработка почвы после зерновых, кормовые угодья, лесополоса и уплотненный слой почвы на границе пахотного и подпахотного горизонтов (плужная подошва) (табл., рис. 1). Величина инфильтрации талых вод в оттаявшую землю под различными угодьями в верхнем (0—30 см) слое (осеняя отвальная

обработка почвы, нулевая обработка почвы после зерновых культур, кормовые угодья) в сравнении с коэффициентом фильтрации, определённым в период вегетации по методу Нестерова, уменьшается в 1,4—2,0 раза, а в почву под лесонасаждениями — в 2,8 раза [1].

Это можно объяснить увеличением вязкости воды при нулевой температуре относительно 20—25°С в тёплый период года, так как по Хо-дену (1914) при нулевой температуре её вязкость возрастает на 0,8 по сравнению с вязкостью при температуре 20°С. В случае проведения осенней отвальной обработки при сухой почве и температуре не ниже -5°С вероятная скорость впитывания воды сопоставима с максимально возможной в степной зоне скоростью водоотдачи снега при таянии весной — 0,14 мм/мин.

По сведениям долголетних исследований Гидрометслужбы на Общем Сырте к весеннему снеготаянию температура поверхности почвы и на глубине до 20 см не опускается ниже -7°С [2, 3]. Следовательно, с сухой почвы при осенней отвальной обработке в этих условиях сток талых вод отсутствует. Наращивание содержания влаги в грунте приводит к значительному снижению величины скорости впитывания в мёрзлый грунт. Интенсивность впитывания поверхностного стока при влажности грунта, равной наименьшей влагоёмкости, при средней температуре в верхнем слое почвы (0—30 см) перед снеготаянием -3°С составляет 0,15 мм/мин, а при температуре -5°С — только 0,009 мм/мин. Значит, при часто наблюдаемой температуре верхнего пахотного горизонта (0—30 см) при весеннем снеготаянии, равной или ниже -3°С, вероятен сток талых вод с пахотных земель. Последующее снижение температуры верхнего слоя почвы (0—30 см) перед снеготаянием, при осенней отвальной обработке почвы, приводит к значительному росту величины