Устойчивость структурного состояния черноземов при минимизации основной обработки

Введение. Физически почва представляет собой дисперсно-связное природное тело, способное накапливать и расходовать запасы воды, воздуха и питательных веществ, необходимых для обеспечения жизнедеятельности почвенной биоты и растений [2]. В условиях интенсивной эксплуатации земель практически все почвы в той или иной степени подвержены физической деградации, которая развивается всюду, где применяются избыточные технологические нагрузки механического, химического, водного или биологического характера. На горизонтном уровне физическая деградация приводит к разрушению почвенной структуры: уплотнению, дезагрегации, формированию трещинно-блочной структуры и т.д. Ухудшение агрономически важных свойств длительно обрабатываемой пашни потребовало пересмотра существующей технологии обработки в направлении её минимизации. По мнению [3], все известные приемы минимизации обработки, обеспечивающие снижение воздействия на почву почвообрабатывающих орудий и ходовых систем сельскохозяйственной техники, должны проводиться с учетом физических свойств почвы.

Цель исследований . Оценить устойчивость структурного состояния черноземов Красноярской лесостепи при минимизации основной обработки.

Объекты и методы исследований. Исследования проведены в 2010–2012 гг. в зернопаровом севообороте в условиях полевого стационара «Миндерлинское» в Красноярской лесостепи.

Объект исследования – комплекс черноземов выщелоченных и обыкновенных мало-, среднемощных тяжелосуглинистого гранулометрического состава. Почва опытного участка характеризуется высоким содержанием гумуса (6,2–6,5%), высокой суммой обменных оснований (38,2–40,2 м-экв/100г), нейтральной реакцией среды (рНксl 5,9–6,0).

Оценку действия различных приемов основной обработки провели в производственном опыте по следующей схеме: 2010 г. – отвальная (осенью на 20–22 см) и минимальная обработка (дискатором осенью на

12–14 см); 2011 г. – отвальная (осенью на 20–22 см) и нулевая обработка (прямой посев по стерне); 2012 г. – отвальная, минимальная и нулевая обработка. Органические и минеральные удобрения в почву не вносили. В годы проведения опытов возделывали яровую пшеницу сорта Новосибирская 15. Площадь учетной делянки 60 м2. Повторность отбора образцов и аналитических определений 3-кратная. Почвенные образцы отбирали в слое 0-20 см в фазу всходов (июнь), колошения (июль) и молочной спелости (август). В образцах определяли: плотность сложения – по Качинскому; влажность – термовесовым методом [1]; структурный состав – по Саввинову; водопрочность структуры – на приборе Бакшеева [13]; плотность агрегатов – методом парафинирования [4]. Результаты аналитических определений обработаны статистическими методами [8, 9].

Вегетационные сезоны 2010–2011 гг. по условиям увлажнения были одинаковыми и характеризовались как дождливые. В июне-июле 2010 года осадков выпало в полтора раза больше нормы. Вегетационный период 2011 года отличался превышением количества осадков за период май-август на 144–211% от нормы. Погодные условия 2012 года сопровождались высокой среднесуточной температурой воздуха и малым количеством осадков. За период май-сентябрь выпало 161 мм осадков, что ниже среднемноголетнего уровня на 36%.

Результаты и их обсуждение. Обработка почвы является наиболее быстрым и эффективным способом придания пахотному слою оптимальных параметров структуры. Исследования, проведенные на разных фонах основной обработки, показали разнокачественность структурного состояния почвы по годам (табл.1).

Структурно-агрегатное состояние чернозема в условиях основной обработки, %

Таблица 1

Обработка почвы	Содержание агрономически ценных фракций		Содержание водопрочных фракций
	Х	CV	Х	CV
2010 г.
Отвальная	59,4	16	87,1	6
Минимальная	64,0	16	86,6	5
2011 г.
Отвальная	72,7	11	82,8	1
Нулевая	50,1	15	86,8	2
2012 г.
Отвальная	80,2	11	65,9	12
Минимальная	81,5	11	56,8	20
Нулевая	70,9	6	55,5	16

Примечание: Х – среднее арифметическое; СV – коэффициент вариации.

Хорошая оструктуренность пахотного слоя в условиях отвальной вспашки и минимальной поверхностной обработки в 2010 году сменяется на отличную в 2011–2012 гг., достигая 73–82% содержания агрономически ценных фракций размером 10-0,25 мм. Прямой посев пшеницы по стерне формирует удовлетворительную оструктуренность почвы в 2011 году (50%) и отличную в вегетационный сезон 2012 года (71%). Следует заметить, что в структурном составе черноземов опытного поля на вспашке и минимальной обработке преобладают глыбистые фракции (рис.1).

отвальная минимальная

А

отвальная

нулевая

Б

В

Рис. 1. Влияние основной обработки на состав структурных агрегатов чернозема, %: А - 2010 г.; Б - 2011 г.; В - 2012 г.

На их долю приходится 26–49%. Содержание структурных отдельностей <0,25 мм составляет < 1%. Нулевая обработка почвы и функционирование агроценоза пшеницы в сезон, хорошо обеспеченный влагой (2011 г.), приводит к существенной трансформации структурного состава. Она выражается в снижении структурных отдельностей агрономически ценного размера от 1 до 5 мм на 6–9% и увеличении глыбистой фракции на 23%. Почва, недостаточно обеспеченная влагой в 2012 году, отличается невысокой долей отдельностей > 10 мм (22–31%), что и определило отличную оструктуренность пахотного слоя.

Тяжелый гранулометрический состав и высокая гумусированность черноземов определили высокий уровень водопрочности структуры или агрегатного состава. Сумма водопрочных агрегатов в условиях отвальной вспашки и ресурсосберегающих приемов основной обработки 2010–2011 гг. достаточно высокая (83–87%) и соответствует отличной оструктуренности. Ход распределения водоустойчивых агрегатов пахотного слоя в посевах пшеницы, характеризующийся незначительной вариабельностью в течение сезона (CV=1–6%), свидетельствует о стабильности агрегатного состава. Иной ритм водоустойчивости структуры (CV = 12–20%) и её качественной оценки выявлен в 2012 году. В этот период отвальная вспашка формирует хорошую водопроч-ность агрегатов (66%), минимальная и нулевая обработка – удовлетворительную (56–57%).

Агрегатный состав черноземов отличается заметной водоустойчивостью структурных отдельностей 53; 3-1 мм в вегетационные сезоны 2010–2011 гг. (рис.2). Применяемые в опыте основные обработки почвы неодинаково воздействовали на фракции агрегатного состава. Отмечено, что минимальная обработка почвы дискатором увеличивает долю крупных водоустойчивых агрегатов >7 мм по сравнению с отвальной вспашкой на 4%. Фракционный состав агрегатов указывает на увеличение водоустойчивости отдельностей >7; 7-5 мм (4–5%) при нулевой обработке черноземов. Распределение водоустойчивых агрегатов в 2012 году имеет иной характер. Интенсивное разрушение крупных агрегатов до 3 мм выявлено на всех типах основной обработки, но по сравнению с отвальной вспашкой ресурсосберегающие приемы основной обработки почвы уменьшают долю агрегатов размером 7-3 мм в два раза.

А

Б

отвальная минимальная нулевая

В

Рис. 2. Влияние основной обработки на состав водопрочных агрегатов чернозема, %: А - 2010 г.; Б - 2011 г.; В - 2012 г.

Отмеченные различия в структурно-агрегатном составе черноземов определяются погодными условиями вегетационных сезонов и фактором «влажность почвы». При этом его влияние на структурное состояние почвы зависит от типа основной обработки. Так, процессы образования и динамики структурных и водопрочных агрегатов в условиях отвальной вспашки не подчинены сезонному ритму влажности почвы (R=0,28). Наличие средней и сильной зависимости (R=0,50-0,97) между структурно-агрегатным составом и полевой влажностью на фоне минимальной и нулевой обработки подтверждает, что значительную роль в формировании структуры в период вегетации играют капиллярные силы. Действительно, структурообразование – это сложный физико-химический процесс, возможный только при увлажнении и при определенных пределах влажности, когда проявляется действие сил различной природы. В почвах одновременно со слипанием и связыванием элементарных почвенных частиц происходят процессы, приводящие к обособлению почвенной массы в виде отдельных фрагментов – микро- и макроагрегатов. Важное место среди них занимают процессы увлажнения и иссушения и тесно связанные с ними усадка и набухание, приводящие к объемным изменениям в почве. Они вызывают в ней напряжение и образование трещин и поверхностей ослабления [6, 7, 16, 17]. Чем сильнее набухает почва, тем дальше отодвигаются частицы почвы друг от друга и тем более глубокие трещины образуются под влиянием иссушения [5]. Причем дальнейшее иссушение почвы приводит к новому состоянию неустойчивости, образованию трещин нового порядка и вычленению более мелких структурных отдельностей.

Чередование периодов увлажнения и высыхания, перепады температур, деятельность корневой системы растений, почвенной микрофлоры и другие факторы оказывают влияние на содержание и свойства макроструктуры в почве в период вегетации, но их вклад практически не поддается предварительной оценке. В этой связи [14, 15] предложен метод определения устойчивости пахотных почв к суммарному действию внешних сил в полевых условиях с учетом динамики плотности сложения твердой фазы. Хорошо известно, что сложение пахотного слоя глинистых и суглинистых почв определяется наличием, развитием и свойствами макроструктуры [10, 11, 18]. Располагая значениями начальной плотности после обработки (dн), равновесной плотности к концу вегетации (dк) и предельной плотности, соответствующей полному разрушению макроструктуры и равной плотности макроагрегатов почв (dма) и воспользовавшись зависимостью, предложенной автором, нами определен коэффициент (К) устойчивости макроструктуры черноземов к суммарному действию внешних факторов за период вегетации пшеницы на разных типах основной обработки (табл.2).

Таблица 2

Устойчивость макроструктуры чернозема к суммарному действию внешних факторов

Обработка почвы	Плотность почвы, г/см3			К, %
	dн	dк	dма
2010 г.
Отвальная	0,88	0,90	1,80	98
Минимальная	0,85	0,85	1,70	100
2011 г.
Отвальная	1,02	0,89	2,00	100
Нулевая	1,02	0,94	2,00	100
2012 г.
Отвальная	0,88	0,81	1,80	100
Минимальная	0,84	0,93	1,80	91
Нулевая	0,88	0,98	1,80	89

По данным таблицы 2 видно, что черноземы опытного поля, как правило, обладают полной устойчивостью макроструктуры к действию внешних сил (dн≥dк). Такая закономерность обусловлена высокой водопроч-ностью структуры и способностью почвы к разуплотнению в течение вегетационного сезона. Минимальная и нулевая обработка почвы в засушливый период 2012 года способствовала снижению устойчивости макроструктуры до 89–91%, что подтверждается данными агрегатного анализа. В связи с этим правомерно предположение [12] о том, что за счет применения минимальной обработки почвы устранить все отрицательные последствия неумеренной интенсивной распашки черноземов невозможно. При этом можно ожидать улучшения 71

агрофизических режимов, строения отдельных элементов обрабатываемого слоя и в меньшей мере – коренного исправления направленности процессов, присущих обрабатываемой почве вообще.

Выводы

• 1.    Структурно-агрегатное состояние черноземов, изменяющееся по годам от отличного до удовлетворительного уровня, обусловлено типом основной обработки и фактором «влажность почвы».

• 2.    Высокая водопрочность структуры и способность почвы к разуплотнению определяет, как правило, полную устойчивость макроструктуры к действию внешних сил (К=100%). Минимальная и нулевая обработка почвы в засушливый вегетационный период 2012 года определила снижение устойчивости структуры пахотного слоя (К=89-91%).