Оптимальные параметры свойств почвы

Оптимальные параметры свойств почвы

В литературе имеются многочисленные обобщения но этому вопросу, в том числе уникальная сводка С. Sys (1993). Выполнены такого рода обобщения и в Укра­ине для большинства почв и возделываемых культур (В. В. Медведев, 1979; В. В. Медведев и др., 1991; 2004) . Оптимальные параметры почв фактически представляют собой требования растений. Это необходимое условие для того, чтобы растение могло реализовать свой потенциал про­дуктивности, а вместе с ним и потенциал агротехнологии.

Оптимальный параметр того или иного свойства почв — это такой уровень, к которому следует стремиться при выборе управляющих реше­ний в точном земледелии. В отношении элементов питания этот вопрос наиболее исследован и поэтому теперь, кажется, совершенно понятен. Для оптимизации пищевого режима сельскохозяйственной культуры тре­буются данные о ее потребностях в течение вегетации и количестве дос­тупных веществ в зоне корней. Зная пестроту их содержания в пределах поля, можно выработать директивы для дифференцированного внесения удобрений. Далее, используя сменные рабочие органы, вполне можно довести содержание элементов в почве до оптимального уровня на всем пространстве ноля. Конечно, такая технология более приемлема к азоту и не может быть применена к фосфору, оптимизировать содержание ко­торого к почве невозможно за короткий период. Принципиально эта за­дача применительно к азоту уже давно решена, в том числе и в некото­рых хозяйствах Украины (как это сообщает Л. М. Анискевич, 2000).

В качестве индикаторов точного земледелия при этом выступают оптимальные параметры содержания доступных форм питательных эле­ментов в почве, установленные в основные этапы онтогенеза культуры. Несмотря на обилие научных исследований в этом направлении, следует все же обратить внимание на некоторые вопросы, которые требуется про­яснить в связи с использованием этой информации в точном земледелии, в частности:

• желательно иметь ясные агрохимические рекомендации, по край­ней мере, для трех стратегий внесения удобрений — интенсивной, под­держивающей, нулевой. В зависимости от пространственного содержа­ния элементов в поле следует определить, какую стратегию избрать;

• необходимо установить диапазоны однотипной эффективности со­держания элементов в почке, или что то же самое, однотипного отклика растений на внесение удобрений. Иначе говоря, нужно ответить на вопрос, следует ли дифференцировать внесение удобрений на разных участ­ках поля, где, например, содержание подвижного фосфора в почве со­ставляет 8 и 10 мг/100 г почвы. Таких вопросов может быть множество. Для того, чтобы ответить па них. нужна нормативная информация, с по­мощью которой можно выбрать то или иное содержание работ. Инфор­мация, подобная той, что использует к своей работе R. Godwi (2002), но, к сожалению, оставляет за пределами публикации;

• требуется знать, как поступить, если пространственное содержа­ние элементов к почве сильно варьирует и заранее известно, что на учас­тке с низким содержанием ни существенно увеличить, ни, тем более, оп­тимизировать его количество реальной возможности.

Применительно к азоту в точном земледелии можно воспользовать­ся рекомендациями, которые находят применение к обычном земледелии (О. О. Бацула, 2003). Если содержание минерального (сумма нитратного и аммиачного) азота к почве превышает 50 кг/га, его вно­сить нет необходимости, 50-41 — следует внести N20, 40-31 — N30, 30 —20 — N, меньше 20 — N. Эти рекомендации относятся к озимой пшенице, для других культур они дифференцируются ы зависимости от физиоло­гических потребностей.

Применительно к фосфору к точном земледелии имеются аналогич­ные рекомендации, хотя они также различаются к зависимости от куль­тур. В обобщенном виде их можно сформулировать примерно так: если содержание подкидного фосфора в почве превышает 15 мг/100 г почвы, фосфорные удобрения не вносят, 15 — 10(5) мг — вносят умеренную дозу, меньше 10(5) — повышенную.

Еще больше вопросов возникает к оптимальным параметрам физи­ческого состояния почвы как индикаторам точного земледелия. Трудно­сти проистекают из-за динамичности физических показателей в течение весенне-летне-осеннего периода и из-за различных требований самих растений к почве в зависимости от состояния развития корней и глубины их проникновения в почву. В качестве почвенно-физических индикато­ров используются такие общепринятые показатели как структура и плот­ность сложения, с помощью которых может быть корректно и интеграль­но оценены физические условия и выработаны управляющие решения. Специальные исследования показали (В. В.Медведев, 1988), что ориен­тироваться нужно на величины этих параметров к начальные периоды вегетации, когда высеваются семена, развивается первичная корневая система, формируются всходы. Регулирование структурного состава и плотности сложения почв в этот период самым положительным образом сказывается па развитии растений и в конечном итоге на урожае. Не­смотря даже па то, что через месяц-полтора (в черноземных почвах сред­него и тяжелого гранулометрического состава) почва приходит в равно­весное состояние. Поэтому к точном земледелии именно в весенний пе­риод при подготовке почвы под яровые культуры, используя текущие дан­ные об индикаторах физического состояния почв (твердости, плотности сложения, структурного состава и других), следует максимально стре­миться к тому, чтобы устранить негативные проявления. К последним могут относиться переуплотнение либо повышенная твердость в подсеменном слое, грубый структурный состав как следствие обработки про­шлогодних переуплотненных колей от проходов тяжелых тракторов и комбайнов, корка, микроложбины, наносы мелкозема и другие неровно­сти от весеннего снеготаяния и стока. Их диагностика осуществляется путем непосредственного обследования либо дистанционным способом, а устранение — с помощью стандартных либо экспериментальных орудий (регулирования интенсивности крошения, плоскорежущих рабочих ор­ганов с малым углом атаки, способных осуществлять обработку подернистого слоя, орудий, способных сепарировать структуру и накапливать наиболее цепную ее часть в семенном слое и т. д.).

Если в составе структуры пахотного (посевного) слоя доминируют (>70%) агрономически ценные размеры 10-0,25 мм), твердость не пре­вышает 10-15 кгс/см2, а плотность сложения — находится в интервале 1,1-1,3 г/см3, физические условия в этой почве оптимальные и она не требуют никакой обработки при возделывании практически всех культур. Однако такое сочетание параметров возможно только в чернозем­ных хорошо гумусированных почвах среднего и тяжелого гранулометрического состава. В других почвах (в том числе и в менее окультуренных черноземах) реальные параметры отклоняются от оптимальных и поэто­му они требуют целенаправленного и дифференцированного регулиро­вания, контроля и поддержания, что и должно составить существо точно­го земледелия.

Источник

ГЛАВА 2. МОДЕЛИ ПОЧВЕННОГО ПЛОДОРОДИЯ

ЧЕРНОЗЕМНЫХ ПОЧВ

Оптимальные параметры почвенного плодородия

Направленное развитие культурного почвообразовательного процесса позволяет обеспечить определение модели (уровни) почвенного плодородия, под которыми следует понимать совокупность агрономически значимых свойств почв и их режимов, отвечающих определенному уровню продуктивности растений. Для условий интенсивного земледелия необходимо создание моделей почвенного плодородия, характеризующихся оптимальными параметрами свойств почв.

Оптимальные параметры свойств почв – это такое сочетание количественных показателей свойств (и режимов) почв, при котором могут быть максимально использованы все жизненно важные для растений факторы, наиболее полно реализованы потенциальные возможности выращивания культур и обеспечен наивысший урожай хорошего качества (Кулаковская Т.Н., 1978).

Одновременно почва с оптимальными параметрами свойств, режимов и площади производственного участка обеспечивает наибольшую эффективность основных факторов интенсификации – химизации, механизации, мелиорации.

Поскольку различные растения предъявляют неодинаковые требования к почвенным условиям, модель почвенного плодородия необходимо разрабатывать с учетом требований растений к свойствам почв. Вместе с тем при разработке модели следует учитывать свойства и режимы конкретных почв и структуру почвенного покрова, так как для каждого типа почв (в ряде случаев даже подтипа, рода и разновидности) с учетом фациальных особенностей почвенного плодородия урожайность культурных растений будет различна.

На фоне генетических особенностей почв (строение профиля, наличие гумусовых горизонтов, фациальные условия водно-температурного режима и др.) модели почвенного плодородия разрабатывают с учетом гранулометрического состава (песчаные и супесчаные, легко – среднесуглинистые, тяжело-суглинистые и глинистые) как фундаментального показателя, имеющего интегральное значение в формировании агрономических свойств почв и дифференцировании приемов возделывания сельскохозяйственных растений.

Модели почвенного плодородия разрабатывают совместно почвоведы, мелиораторы, растениеводы и другие специалисты агрономической науки. Их создают на основе изучения основных параметров почв в системе полевых опытов с ведущими культурами, изучения и обобщения данных по характеристике почв и урожайности растений передовых хозяйств и сортоучастков, конструировании моделей почв с заданными параметрами в специальных мелкоделяночных и вегетационных опытах. Модели оптимального почвенного плодородия позволяют хозяйствам наиболее успешно решать конкретную задачу повышения плодородия почв.

К числу общих показателей свойств почв (и их режимов), оптимальные параметры которых необходимо установить для модели плодородной почвы, относятся:

— показатели гумусового состояния почвы – содержание и состав гумуса, его запасы, мощность гумусового слоя;

— параметры, характеризующие питательный режим почв – содержание доступных форм элементов питания растений;

— показатели оптимальных физических свойств – плотность, агрегатированность, наименьшая влагоемкость, водопроницаемость, аэрация;

— показатели, характеризующие строение почвенного профиля – мощность пахотного слоя и в целом гумусового слоя;

— показатели физико- химических свойств – реакция, емкость поглощения катионов, состав обменных катионов, степень насыщенности основаниями.

Кроме названных свойств, общих для всех типов почв, устанавливают оптимальные зональные показатели, определяющие условия и уровень почвенного плодородия отдельных типов почв (наличие токсических веществ – подвижных форм алюминия и марганца в почвах таежно-лесной зоны, показатели солевого режима – содержание, состав и глубина залегания токсических солей в почвах аридных и семиаридных зон и др.).

Оптимальные показатели многих свойств в значительной степени зависят от того, насколько оптимальны параметры фундаментальных свойств почвы – гранулометрического состава и гумусового состояния, оказывающие практически основное влияние на все агрономически важные свойства почв и их режимы.

Все факторы жизни равнозначны для растений, ни один из них не может быть заменен другим. В связи с этим чрезвычайно важно в целях повышения плодородия и получения высоких устойчивых урожаев воздействовать одновременно на все факторы жизни растений. При этом необходимо выявить основной фактор (или группу факторов), воздействие на который стимулирует максимальную эффективность остальных. Например, в засушливых районах главный лимитирующий фактор развития растений и их урожайности – вода. Поэтому в этих зонах важнейшее значение приобретают мероприятия по накоплению и продуктивному расходованию влаги.

В таежно-лесной зоне особое значение приобретает улучшение питательного режима и реакции почвы путем внесения удобрений и известкования. В почвах избыточного увлажнения в первую очередь, необходимо регулировать водно-воздушный режим. В этом случае максимальный эффект дают применение удобрений и другие приемы повышения плодородия почвы.

В зоне орошаемого земледелия важнейшее значение имеет правильное орошение, исключающее возможность заболачивания и вторичного засоления почв.

Таким образом, воздействуя на факторы, определяющие урожай растений, требуют дифференцированных приемов повышения плодородия почв в различных зонах с учетом свойств, режимов почв и климатических условий, лимитирующих эффективное плодородие. В этой связи важное значение приобретают материалы почвенно-агрономических исследований: почвенных карты, картограммы содержания доступных растениям элементов питания (N, P, R), картограммы кислотности, засоленности, эродированности, заболоченности почв и др.

Одностороннее воздействие на какой-либо фактор жизни растений без изменения других приводит к постепенному снижению эффективности такого воздействия, а при определенных условиях может снизить урожай. Например, избыточное увлажнение приводит к ухудшению воздушного режима, развитию вредных восстановительных процессов и, как следствие, снижению продуктивности растений; одностороннее избыточное азотное питание затягивает развитие растений, способствует полеганию и снижению урожая.

Наукой и практикой выработан широкий комплекс приемов воздействия на свойства почвы, способствующих регулированию питательного, водно-воздушного, теплого и солевого режимов почв.

Основные приемы повышения эффективного плодородия почвы и максимального использования ее естественного плодородия связаны с рациональным применением органических и минеральных удобрений, известкованием и гипсованием почв, системой их обработки, орошением и осушением, травосеянием, созданием полезащитных лесных полос, введением севооборотов, с мероприятиями по борьбе с эрозией и возделыванием наиболее урожайных сортов растений.

Конкретные приемы в системе этих мероприятий зависят от особенностей почв хозяйства, местного климата и требований возделываемых культур

В Казахстане 86% территории занимают равнины. На равнинах выделяются несколько типов почв: черноземы, каштановые, бурые и сероземы.

Классификация черноземов

Черноземный тип почв по строению профиля, генетическим особенностям и свойствам подразделяется на подтипы, каждый из которых занимает определенное географическое положение. В соответствие с подзонами с севера на юг в зоне черноземов выделяют следующие подтипы: оподзоленные, выщелоченные, типичные, обыкновенные, южные. Внутри подтипов выделяют роды, из них наиболее часто встречаются следующие:

— обычные – выделяют во всех подтипах; свойства их соответствуют основным характеристикам подтипа. В полном названии чернозема этот термин рода опускают;

— слабодифференцированные – развиты на супесчаных и песчаных породах, типичные признаки чернозема (окраска, структура и т.д.) выражены слабо;

— глубоковскипающие – в профиле имеется разрыв между гумусовым и карбонатным горизонтами в связи с более выраженными промывным режимом за счет более легкого гранулометрического состава или условий рельефа. Выделяются среди типичных, обыкновенных и южных черноземов;

— бескарбонатные – развиты на бедных кальцием породах; вскипание и выделение карбонатов отсутствуют. Выделяют среди типичных, выщелоченных и оподзоленных черноземов;

— карбонатные – характеризуются наличием карбонатов по всему профилю. Среди выщелоченных и оподзоленных черноземов не выделяются;

— солонцеватые – в пределах гумусового слоя имеют уплотненный солонцеватый горизонт с содержанием обменного Na более 3% ЕКО. Выделяются среди типичных, выщелоченных и оподзоленных черноземов;

— осолоделые – характеризуются наличием белесой присыпки в гумусовом слое, потемненностью гумусовой окраски, дифференцированностью профиля по содержанию или и полутораоксидов, относительно высоким вскипанием и залеганием легкорастворимых солей, иногда наличием обменного натрия. Распространены среди типичных, обыкновенных и южных черноземов;

— глубинно-глеевые – развиты на двучленных и слоистых породах, а также в условиях длительной зимней мерзлоты, с признаками слабой глееватости в нижних слоях почвенного профиля;

— слитые – развиты на иловато-глинистых породах, с плотными горизонтами В глыбисто – призмовидной структуры. Выделяются на теплых фациальных подтипах лесостепных черноземов;

— неполноразвитые – имеют слаборазвитый профиль в связи с их молодостью или формированием на сильноскелетных или хрящевато-щебнистых породах;

— щельные – характеризуются образованием глубоких трещин.

Кроме того, в родах по степени выраженности сопутствующего процесса черноземы делятся на виды: слабо-, средне-, сильносолонцеватые; слабо-, средне-, сильносолоделые.

Черноземы мощные и среднемощные всех подтипов подразделяются на слабосмытые, среднесмытые, сильносмытые.

Черноземы типичные, обыкновенные и южные могут быть слабосмытые, среднесмытые, сильносмытые.

Роды черноземов подразделяют на виды по ряду признаков (табл. 2.2.1)

Таблица 2.2.1 – Признаки деления черноземов на виды

Мощность гумусового горизонта (А=АВ)

Содержание гумуса в горизонте А

см вид % вид см вид Ø 120 Сверхмощные Более 9 Тучные Менее 20 Слабовы щелоченные 120-80 Мощные 9-6 Средне гумусные 20-40 Средневы щелоченные 80-40 Среднемощные 6-4 Мало гумусные Более 40 Сильновы щелоченные 40-25 Маломощные Менее 4 Слабогуму сированные 1.5), высокой степенью конденсации их ядра, доминированием фракций, связанных с кальцием, сложностью группы фульвокислот по сравнению с подзолистыми почвами и почти полным отсутствием среди этих кислот свободных (активных) условий почвообразования, а также от механического состава.

Физико-химические свойства. Богатство черноземов гумусом, интенсивная миграция биогенного кальция определяют их благоприятные физико-химические свойства:

— черноземы характеризуются высокой емкостью поглощения (30-70 м-экв.), насыщенностью поглощающего комплекса основаниями, близкой к нейтральной реакцией верхних горизонтов и высокой буферностью. В составе обменных катионов главная роль принадлежит кальцию. Магний составляет 15-20 % от суммы. В оподзоленных и выщелоченных черноземах в поглощающем комплексе присутствует водород (V = 80-90%) и гидролитическая кислотность может достигать заметной величины (5-7 м-экв.). В обыкновенных и выщелоченных черноземах в составе поглощенных катионов находится небольшое количество Na + и несколько возрастает доля Mg 2+ по сравнению с другими подтипами черноземов. В черноземах солонцеватых отмечается повышенное количество поглощенного иона натрия. Горизонты, содержащие свободные карбонаты, имеют слабощелочную реакцию (рН_н2о 7.5-8.5)

Физические и водно-физические свойства черноземных почв в значительной мере определяются высоким содержанием в них гумуса, мощностью гумусовых горизонтов и хорошей их структурностью. Поэтому черноземы характеризуются благоприятными физическими и водно-физическими свойствами: рыхлым сложением в гумусовом слое, высокой влагоемкостью и хорошей водопроницаемостью

Лучше всего оструктурены выщелоченные, типичные и обыкновенные черноземы тяжелосуглинистые и глинистые. Оподзоленные и южные черноземы отличаются пониженным содержанием водопрочных агрегатов. При распашке черноземов и длительном их сельскохозяйственном использовании количество водопрочных агрегатов в пахотном горизонте снижается, однако в типичных и обыкновенных черноземах оно сохраняется еще на довольно высоком уровне (табл. 2.3.2)

Таблица 2.3.2 – Агрегатный состав пахотных черноземов Украины (Почвы УССР, 1951)

Глубина взятия образца, см

Агрегаты (%) при размерах, мм

Ø 10 10-3 3-1 1-0.25 Всего > 0.25 Чернозем типич ный глинистый 0-20 25-45 38.5 5.9 25.4 53.3 15.8 30.9 16.2 9.5 95.7 98.7 Чернозем обыкно венный тяжелосуг линистый 0-20 25-45 40.0 26.7 31.9 48.4 14.6 14.7 10.4 7.7 96.9 97.6 Чернозем южный глинистый 0-20 25-45 37.1 13.2 20.8 41.0 8.8 25.5 14.1 13.3 90.8 92.6