Изменение верхнего слоя почвы в зависимости от вида ее обработки

Обработка почвы является основной трудоемкой операцией при возделывании зерновых культур. Снижение уровня интенсивности обработки почвы приводит к повышению производительности агрегатов и снижению расхода топлива на единицу обработанной площади [1]. Плотность и твердость почвы оказывают механическое воздействие на корневую систему растений, часто обусловливают снижение всхожести семян, влияют на водный, воздушный и тепловой режимы почвы, увеличивают тяговое сопротивление почвообрабатывающих машин и орудий. Поэтому к выбору способа обработки почвы предъявляются особые требования, ко- торые при возделывании зерновых культур в почвенно-климатических условиях определенной территории обеспечат целевое использование ресурсов и позволят увеличить эффективность почвообрабатывающих машин и орудий [2, 3].

Проведенные исследования в СибНИИЗХим показали, что снижения затрат на обработку почвы можно достичь за счет применения технологии разноглубинной обработки почвы, которая позволяет создать благоприятные условия накопления влаги, уничтожения сорняков и обеспечения оптимальной плотности почвы для произрастания растений [4]. Необходимость изучения физического состояния пахотного горизонта заключается в том, что почвообрабатывающие машины и орудия не могут обеспечить устойчивой обработки почвы одновременно на двух почвенных горизонтах из-за различия их физических свойств. Поскольку основными параметрами физического состояния пахотного горизонта являются влажность, плотность и твердость почвы, которые постоянно изменяются в течение весеннего и летнего периодов, то остается проблема обеспечения устойчивой работы почвообрабатывающих машин с рабочими органами, работающими на разных глубинах [5, 6]. Поэтому изучение послойного изменения свойств почвы в течение времени является актуальной задачей. Цель работы – определить закономерности изменения свойств пахотного горизонта почвы за время весеннего периода проведения полевых работ и проверить эффективность разноглубинной обработки почвы.

Материал и методика

Исследования проводились на полигоне СибИМЭ СФНЦА РАН в течение 2016–2018 гг. Почва на полигоне, выщелоченный среднесуглинистый чернозем, обрабатывалась с осени дисковой бороной на глубину 0,05 м. Затем ее обрабатывали разноглубинным тросовым культиватором, у которого между стойками, установленными с интервалом 0,7 м, натянут трос диаметром 6 мм (рис. 1).

Рисунок 1 – Тросовый культиватор: 1 - рама культиватора; 2 - стойка с тросом;

3 - трос для рыхления почвы; 4 - колесо регулировки глубины обработки

Замеры влажности, плотности и твердости с осени обработанной почвы начали проводить весной после ухода гравитационной влаги и велись на протяжении всего периода посевной. Первые образцы почвы отбирали на поле, которое было обработано дисковой бороной. Вторые – по следу культиватора, где на глубине 0,1 м прошел трос, третьи – по следу стойки культиватора, заглубленной в почву долотом шириной 30 мм на глубину до 0,27 м. Места отбора образцов почвы указаны на рисунке 2. Образцы почвы на влажность отбирали буром на глубину до 1 м с интервалом через 20 см в 3-кратной повторности. Образцы для определения плотности почвы в пахотном горизонте отбирались кольцом с глубины 0,05, 0,10 и 0,15 м. Влажность и плотность почвы определяли по стандартным методикам.

На первом этапе исследования в 2017 г. твердость почвы замерялась до глубин 0,15 м твердомером Ревякина с диаметром плунжера, равным 20 мм, на втором (в 2018 г.) - плотномером SC 900 на глубину до 0,3 м. Измерения проводили не менее 3 раз, результаты заносили в полевой журнал.

Рисунок 2 – Поле, с осени обработанное дисковой бороной и тросовым культиватором, места взятия образцов: 1 – необработанное поле; 2 – по следу троса культиватора;

3 – по следу стойки культиватора

Результаты исследования и их обсуждение

Для определения сопротивления рабочих органов машин и обеспечения их работоспособности необходимо знать первоначальное физическое состояние почвы. Кроме того, необходимо обеспечить качество обработки почвы на соответствие агротехническим требованиям. Результаты исследования показали, что значительные изменения влажности выщелоченных среднесуглинистых черноземов, с осени обработанных дисковой бороной на глубину до 0,05 м, наблюдаются в верхнем слое почвы (табл. 1). Причем влажность почвы с 21 по 25 апреля 2017 г. на глубине до 0,05 м снижается на 9% (с 25,2 до 17,6%). При этом влажность почвы за этот же период на глубине 0,1 м изменяется на 5%, а на глубине 0,15 м - всего на 3%. То же самое наблюдается и в более поздние периоды, например с 18 по 22 мая.

Таблица 1

Изменение свойств верхнего слоя почвы в течение весеннего периода

Дата замера	Глубина слоя почвы, м
	0,05			0,10			0,15
	Влажность, %	Плотность, г/см3	Твердость, кг/см2	Влажность, %	Плотность, г/см3	Твердость, кг/см2	Влажность, %	Плотность, г/см3	Твердость, кг/см2
21.04. 2017	25,2	1,28	1,6	25,7	1,46	7,9	21,5	1,51	11,1
25.04. 2017	17,6	1,26	12,7	19,2	1,52	14,3	18,7	1,50	20,7
28.04. 2017	12,0	1,23	7,9	17,1	1,30	14,3	16,7	1,44	20,7
03.05. 2017	21,9	1,12	1,0	17,6	1,37	3,2	15,2	1,60	14,3
10.05.2017	11,9	1,18	-	16,9	1,25	-	18,3	1,42	-
18.05. 2017	17,8	1,18	4,8	19,4	1,36	11,1	17,9	1,52	19,1
22.05. 2017	8,9	1,25	11,2	16,5	1,43	17,5	18.0	1,49	20,7
25.05. 2017	10,4	1,20	3,8	16,8	1,32	11,8	18,0	1,41	18,1
29.05. 2017	8,8	1,17	7,6	16,6	1,34	15,0	18,1	1,40	20,5
02.06. 2017	18,7	1,22	7,6	18,8	1,30	14,9	18,2	1,39	20,1
05.06.2017	10,0	1,20	-	16,7	1,26	-	16,7	1,44	-
14.06.2017	19,2	1,16	1,6	21,2	1,27	6,4	21,2	1,38	18,47
24.04.2018	27,9	1,32	-	25,0	1,45	-	22,0	1,45	-
03.05.2018	18,5	1,22	-	19,9	1,24	-	20,9	1,39	-
23.05.2018	26,5	1,40	-	25,6	1,49	-	23,4	1,48	-
09.06.2018	11,3	-	8,1	19,6	-	7,9	21,1	-	8,9
19.07.2018	10,4	1,23	-	19,3	1,45	-	19,8	1,53	-
18.08.2018	13,9	1,35	-	18,2	1,50	-	18,2	1,49	-
Среднее значение		1,23±0,15	6,17±8,6		1,37±0,19	11,3±9,7		1,46±0,13	17,5±9,2

Влажность почвы на глубине 0,05 м снизилась на 9% (с 17,8 до 8,9%), на глубине 0,1 м - на 3%, а на глубине 0,15 м осталась без изменения. В пояснении к таблице 1 необходимо отметить, что в ночь с 19 на 20 апреля прошел дождь; ночью со 2 на 3 мая выпал снег, а 7 мая также шел дождь. Небольшие дожди шли с 13 по 17 мая, а 17 мая выпал снег, температура была 0 +1 ° С. С 18 по 22 мая дождей не было, температура днем поднималась до +18 ° С. 31 мая и 1 июня также прошли дожди. В 2018 г. наблюдалась такая же закономерность, это можно заметить по данным таблицы 1. Необходимо пояснить, что 2 мая 2018 г. ночью прошел дождь, днем было сухо, температура воздуха составляла +9 ° С, дожди шли 21 и 22 мая, днем температура поднималась от + 12 до + 16 ° С. 6-8 июня было жарко (+30 ° С). С 7 по 19 июля стояла сухая погода - +26+29 ° С. С 13 по 18 августа стояла также сухая погода, температура воздуха поднималась до +26 ° С. Зависимости плотности и твердости почвы от ее влажности от 10 до 25 % не отмечено. Твердость почвы увеличивается с образованием почвенной корки при влажности менее чем на 8 % [7]. Плотность и твердость верхнего слоя почвы зависят от способа ее обработки и глубины погружения плунжера твердомера (табл. 1).

При разноглубинной обработке почвы тросовым культиватором установлено, что запасы влаги в почве по следу троса и долота отличаются от поля, обработанного с осени дисковой бороной на 2,8 %, (табл. 2). Это показывает, что разноглубинная осенняя обработка почвы позволяет несколько увеличить весенние запасы влаги в метровом слое. При этом плотность почвы на глубине 0,1 м, на поле, обработанном с осени дисковой бороной, составляет 1,45 г/см3, по следу троса культиватора – 1,11 г/см3, по следу стойки с долотом – 1,21 г/см3.

Таблица 2

Весенние запасы влаги при различных способах обработки, % (замер влажности произведен 25.04.2018)

Вид осенней обработки	Глубина взятия образца почвы, м						Запас влаги, м3/га
	0,10	0,20	0,40	0,60	0,8	1,00
Дисковой бороной на 5 см	25,0±0,6	23,0±1,4	20,7±1,4	19,4±1,4	18,2±1,5	18,6±0,9	266,1
Тросом на 10 см	25,0±0,4	23,2±2,6	21,3±1,1	21,4±0,1	20,2±2,3	19,7±0,6	272,7
Стойкой с долотом на 27 см	22,5±1,1	25,1±1,7	21,2±2,8	21,4±0,9	20,4±1,6	20,3±1,0	273,7

Плотность верхнего слоя почвы, обработанной с осени дисковой бороной, на глубине 0,05-0,1 м в течение летнего периода может меняться в сторону уменьшения с 1,3-1,4 до 1,01,1 г/см3 (рис. 3). Плотность почвы ниже пахотного горизонта остается практически неизменной и равна 1,4-1,5 г/см3. Необходимо отметить, что верхний слой почвы по мере отрастания сорной растительности подвергается поверхностной обработке.

Время отбора образца почвы

Глубина 5 см                Глубина 10 см                Глубина 15 см

Рисунок 3 – Изменение плотности почвы в зависимости от времени года, 2017 г.

По следу разноглубинного тросового культиватора твердость почвы изменяется с изменением глубины погружения плунжера твердомера (табл. 3). Необходимо отметить, что изменение твердости почвы, которая не обрабатывалась разноглубинным тросовым культиватором, происходит плавно по мере заглубления плунжера (рис. 4). Твердость почвы, обработанной тросом на глубину 0,1 м, увеличивается уже на глубине 0,07 м, а обработанная стойкой на 0,27 м - на глубине 0,15 м. Это можно объяснить тем, что в весенний период обработанная почва начала уплотняться под действием проникновения в нее влаги. Исходя из этого, можно предположить, что разноглубинная обработка почвы в осенний период не имеет больших преимуществ перед мелкой обработкой.

2,5   5   7,5  10 12,5 15 17,5 20 22,5 25 27,5 30 32,5 35

Глубина погружения плунжера, см

Без обработки        Обработка на10 см        Обработка на 27 см

Рисунок 4 – Изменение твердости почвы по следу разноглубинного тросового культиватора

(замер поведен 09.06.2018)

Следовательно, на выщелоченных среднесуглинистых черноземах появляется возможность осенью стойками с долотом на глубину 0,27-0,30 м с интервалом 0,5-0,6 м нарезать щели для проникновения в нижние слои почвы весенней влаги, а в весенний период непосредственно перед посевом провести мелкую обработку [8].

Таблица 3

Твердость почвы, обработанной с осени разноглубинным тросовым культиватором, кг/см2 (замер поведен 09.06.2018)

Вид осенней обработки	Глубина слоя почвы, м
	0,05	0,10	0,15	0,20	0,25	0,30	0,35
Дисковой бороной на 5 см	8,1	7,9	8,9	10,8	11,8	15,8	15,6
Культиватором с тросом на 10 см	4,6	9,1	7,1	11,2	15,6	16,2	16,6
Культиватором стойкой на 27 см	4,6	3,5	6,6	12,0	17,6	16,0	21,0
Влажность почвы, %	11,3	19,6	21,1	20,7	-	-	18,7

Выводы

• 1.    Установлено, что влажность выщелоченных среднесуглинистых черноземов не влияет на их плотность и твердость почвы.

• 2.    Плотность и твердость почвы изменяется по мере увеличения глубины обработки и достигает: плотность до 1,46±0,13 г/см³; твердость до 17,5±9,2 кг/см² при относительной влажности почвы от 10,0 до 25,1 %.

• 3.    Разноглубинная осенняя обработка позволяет увеличить запасы влаги в метровом слое почвы на 2,8 %. При этом плотность почвы на глубине 0,1 м, на поле, обработанном с осени дисковой бороной, составляет – 1,45 г/см³, по следу троса культиватора – 1,11 г/см³, по следу стойки с долотом – 1,21 г/см³.

• 4.    На выщелоченных среднесуглинистых черноземах для проникновения весенней влаги в нижние слои почвы достаточно осенью стойками с долотом нарезать щели на глубину 0,270,30 м с интервалом 0,5-0,6 м, а в весенний период непосредственно перед посевом проводить поверхностную обработку.