Изучение изменения свойств почвы в результате сельскохозяйственного воздействия

Вве^ение. В современных условиях сельскохозяйственного воздействия на почву техника, обеспечивая интенсивность уро^айности, сни^ает естественное плодородие почвы. Почва испытывает механическое воздействие, в результате которого изменяются физические и химические свойства пахотных почв. Следует отметить, что любое агрогенное воздействие на почвенный покров приводит к разрушению структуры, ухудшению водного ре^има, уменьшению устойчивости почв и развитию деградационных процессов. Исследование трансформации педоценозов имеет значение не только для обоснования приемов рационального землепользования, но и усовершенствования сельскохозяйственной техники.

Цель иссле^овани^. Необходимость исследования преобразования естественных свойств почвенного покрова, в том числе физических свойств, была обусловлена запросами земледелия, в частности «интерес к изучению физических свойств почв первоначально возник в связи с запросами обработки почв и с изучением почвы как среды для укоренения культурных растений» [1]. Изучение физических свойств почвы и процессов трансформации их в процессе сельскохозяйственного освоения начинает свою историю в начале 18 века. Теоретическими и экспериментальными исследованиями физических свойств почвы занимались Г. Шюблер и Уоллни. В истории физики почв как отдельного научного направления в почвоведении основополо^ником считают русского агронома И.М. Комова [2]. Огромный вклад в развитие физических свойств почвы внесли исследования русских и зарубе^ных ученых: Павлова М.Г., Вольни М., Шюблера Г., Костычева П.^., Вильямса В.Р., Измаильского ^.^., Дояренко ^.Г., Сибирцева Н.М., Качинского Н.^., ^нтипова, Каратаева И.Н., ^стапова С.В., Вершинина П.В., Колясева Ф.Е., Тюлина ^.Ф., Родэ ^.^., Долгова С.И., Ревута И.И. и других [3].

Учеными выделены основные и функциональные физические свойства почвы. К основным свойствам относятся удельный вес, порозность, связность. Функциональными физическими свойствами следует считать динамические свойства почвы, зависящие от окру^ающих ее факторов, из этих свойств наибольшее значение имеют водные, воздушные и тепловые свойства [4].

Услови^, материалы, мето^ы. В современном почвоведении обычно выделяют несколько общих физических свойств почвы (рис. 1).

Рисунок 1 – Общие физические свойства почвы

Общие физические свойства почвы определяются рядом факторов и условий, например, плотность почвы зависит от гранулометрического состава, структуры почвы, гумусного состояния почвы, типа сельскохозяйственной обработки. Для оптимального развития большинства сельскохозяйственных культур плотность почвы дол^на быть 1,0-1,2 г/см³. Плотность сло^ения определяет поглощение влаги, воздушный ре^им, биологическую активность микроорганизмов, особенности развития корневых систем [5, 6].

Как отмечает в своей работе К.Г. Моисеев, «к наиболее значимым управляемым физическим свойствам почвы относят: наименьшую влагоёмкость, запасы доступной влаги, водопроницаемость, сло^ения почв, сопротивление пенетрации, общую порозность почв и коэффициент фильтрации» [7].

В системе экологического мониторинга состояния почвенного покрова ва^ную роль играет оценка физических свойств почв, так как именно они влияют на процессы массо- и энергообмена в сельскохозяйственных ландшафтах, определяя уровень их устойчивости. Увеличение сельскохозяйственного воздействия ведет к неустойчивости создаваемых агроландшафтов, что приводит к сокращению сельскохозяйственных ресурсов. Оценка воздействия сельскохозяйственной техники на физические свойства почвенного покрова агроландшафтов необходима для обеспечения устойчивого и продуктивного их функционирования [8].

Обычно в качестве обобщенного показателя физического состояния почв, или оценки пригодности почвы для возделывания сельскохозяйственных культур, принимают плотность сло^ения почвы. Оптимальное значение плотности сло^ения почвы необходимо знать при разработке различных агротехнических приемов, для оценки работы сельскохозяйственных орудий, при изучении вопросов окультуривания почв, уплотняющего воздействия техники на почву и т.д.

В последние несколько лет произошло значительное увеличение мощности и тягового класса сельскохозяйственных машин, таких как тракторы и комбайны. Их масса с 7-14 т возросла до 16-20 т [9, 10]. Обладая хорошими тяговыми и сцепными характеристиками, применяемые на полях Орловской области тракторы «Кировец» и «Д^он Дир» при проходе их ходовой системы оставляют значительную по глубине транспортную колею, что в условиях повышенной вла^ности наносит значительный ущерб плодородному почвенному слою при посеве. При этом уплотнённый глинистый подпахотный слой не позволяет распределить влагу по глубине, что ещё более увеличивает влажность обрабатываемого почвенного слоя (рис. 2).

Рисунок 2 - Уплотнение почвы [11]

На уплотненных участках почвы увеличивается тяговое сопротивление рабочих органов, что ведет к увеличению расхода топлива и сни^ению производительности техники. Качество технологических операций по следам сельскохозяйственных машин в этом случае не отвечает агротехническим требованиям. На поверхности поля остаются следы глубиной до 12-16 см, по которым плотность почвы существенно превышает рекомендуемые значения, не выдер^ивается заданная глубина обработки культиваторами, большое количество семян (до 48 %) не заделываются на заданную глубину, а также ухудшается качество уборочных работ. Машины расплющивают и прессуют пахотный слой почвы, сдавливают воздушные полости плодородного слоя. Уплотняющее действие от колесных и гусеничных дви^ителей распространяется до 1 м в глубину и до 0,8 м в поперечном направлении, сохраняясь до следующего сезона полевой обработки. В результате разрушенная структура почвы полностью не восстанавливается, в связи с чем пахотный фонд с течением времени деградирует.

В современном земледелии при использовании механической обработки почвы происходит образование не только плу^ной, но и дисковой подошвы от работы дисковыми боронами, что препятствует проникновению выпавших осадков в ни^еле^ащие слои и испарению излишков влаги. Это способствует развитию водной эрозии на склонах, а на равнинах и в низинах образуются места, в которых застаиваются до^девые и талые воды, не проходимые да^е для гусеничной техники. На разворотных полосах по краям поля от переуплотнения ухудшается рост и развитие зерновых культур. Все это свидетельствует о машинной деградации почв (рис. 3).

Неуплотненная почва Уплотненная почва

Рисунок 3 – Состояние растений в почве разной плотности [11]

Результаты и обсу^^ение. В настоящее время имеется мно^ество видов плугов. Все они предназначены для одного процесса – вспашке почвы, то есть обработки верхнего почвенного пласта. Проанализируем, какие свойства данная операция придаёт почве.

Почва имеет свойство уплотняться под воздействием факторов внешней среды. Семенам труднее прорастать через уплотнённый грунт, чем через распаханный. Вспашка опускает семена сорняков с поверхности на глубину, тем самым препятствует их развитию. Ещё одним свойством является перемещение удобрений с поверхности вглубь, соответственно, питательные элементы будут взаимодействовать с растениями быстрее. Благодаря вспашке почва не будет излишне увла^нена или пересушена. Всё вышеперечисленное говорит о том, что вспахивание земель является ва^нейшей операцией обработки почвы.

Рассмотрим наиболее популярные виды плугов, которыми выполняется данный процесс.

Плуг состоит из рамы, на которую монтируются рабочие органы и механизмы, опорные колёса и прицепное устройство. По способу крепления к трактору плуги бывают навесные, полунавесные, прицепные.

Сельскохозяйственные плуги по характеру обработки почвы подразделяются на отвальные (рис. 4) и безотвальные (рис. 5).

Рисунок 4 – Рабочий орган отвального плуга:

I – лемех; II – полевая доска; III – стойка; IV – отвал; 1 – носок лемеха; 2 – лезвие; 3 – пятка; 4 – бороздной обрез; 5 – крыло; 6 – верхний обрез; 7 – грудь отвала; 8 – полевой обрез [12]

При отвальной обработке происходит оборот пласта почвы на определённый градус. При безотвальной обработке оборота пласта не происходит, его как бы просто приподнимают. Безотвальная обработка эффективна на склонах, степных равнинах, где постоянно присутствует ветер. В основном применяют отвальную обработку.

а                          б                  в

Рисунок 5 – Корпуса плугов для безотвальной вспашки: а – корпус Мальцева; б – чизельный плуг; в – корпус «Параплау»;

1 – стойка; 2 – щиток; 3 – уширитель лемеха; 4 – лемех; 5 – полевая доска; 6 – долото; 7 – обтекатель; 8 – но^ [12]

Лемешные отвальные плуги в настоящее время являются самыми распространенными. Они бывают одно-, двух-, трёх- и многокорпусные. Одним из самых простых плугов является плуг ПЛН 3-35 (рис. 6). Данный плуг трехкорпусный. Его применяют как для вспашки мелких участков, так и крупных.

Рисунок 6 – Плуг ПЛН 3-35 [13]

При обработке больших площадей применяют многокорпусные плуги. У всех этих орудий есть один недостаток – при обработке почвы образуются свальные гребни и борозды, что мо^ет затруднить дальнейший посев.

Для гладкой вспашки полей применяют оборотные плуги. Это тот ^е лемешный плуг, только с двойным корпусом, который оборачивается сначала в одну, затем, при дви^ении в обратном направлении, в другую сторону, тем самым все неровности и борозды засыпаются. На рисунке 7 приведён пример оборотного плуга ArcoAgro 180 6+1+1 On-Land.

Рисунок 7 – Оборотный плуг ArcoAgro 180 6+1+1 On-Land [14]

Глубокорыхлители-плоскорезы и чизельные рыхлители относятся к категории безотвальных плугов [15-18]. Вспашка такими устройствами характеризуется глубоким рыхлением плодородного пласта почвы с минимальным разрушением его верхней части. На рисунке 8 представлен пример безотвального плуга ПГН5.

Рисунок 8 – Безотвальный плоскорез-рыхлитель ПГН 5 [19]

Плуг ПС-6/60 (рис. 9) предназначен для пахоты почв с удельным сопротивлением до 0,1 МПа, твёрдостью почвы до 4 МПа и вла^ностью до 30 %, которые не засорены камнями и т.п. ^грегатируется данный плуг с тракторами МТЗ-2022, ХТЗ-1723 и другими мощностью 200-250 л.с.

Рисунок 9 – Плуг скоростной ПС-6/60 вне борозды лемешный [20]

Масса и глубина вспашки рассмотренных выше плугов представлена в таблице 2 [21, 22].

Таблица 1 – Характеристики плугов

Ви^ плуга	Масса	Глубина вспашки
ПЛН 3-35	470 кг	200-300 мм
ArcoAgro 180 6+1+1 On-Land	3676 кг	300-400 мм
ПГН5	1600 кг	150-300 мм
ПС-6/60	1180	150-350 мм

В современном мире существует ещё много подвидов плугов. Все они отличаются дополнительным навесным оборудованием, но основа плуга у всех остаётся неизменной.

Выво^ы. На современном этапе развития земледелия физические свойства почвы значительно трансформируются при разных видах сельскохозяйственного использования почвенного покрова. Систематическое механическое воздействие различной интенсивности приводит к изменению таких показателей как объёмная плотность, порозность, изменяется водный и воздушный ре^им почвы. Как следствие, изменяются условия функционирования почвенной биоты, сни^ается плодородие почвы. Характеристики сельскохозяйственной техники, и в первую очередь плугов, имеют доминирующее значение при обработке почвы на изменение ее характеристик. Учитывая зависимость влияния на агрофизические свойства почвы глубины вспашки и массы плуга, основными направлениями совершенствования сельскохозяйственной техники следует рекомендовать сни^ение вышеуказанных параметров.

https://ufa.pulscen.ru/products/plug_trekhkorpusnoy_navesnoy_pln_3_35up_s_predpluzh nikom_107361598 (дата обращения 13.04.2023).

Vysshaya shkola, 1972. 480 s.