На нашем сайте вы найдете полезные советы о том, как повысить плодородие почвы на вашем участке.
Меню
Оптимальные параметры твердости почвы для зерновых культур
Агрофизические основы обработки почвы
Благоприятные почвенные условия для роста растений складываются при оптимальных параметрах агрофизических свойств почвы и показателях ее плодородия. К числу важнейших следует отнести плотность и строение почвы, мощность пахотного слоя, структурный состав и др.
Современная теория обработки строится на обоснованном согласовании агрофизических свойств почвы и предъявляемых к ним требований культурных растений. Поэтому важнейшей агрофизической основой обработки являются требования культур к плотности и строению пахотного слоя почвы, структурному составу и степени крошения почвы, мощности пахотного слоя, твердости и другим свойствам, от которых зависят рост растений и урожайность. Количественной характеристикой строения почвы служит величина ее плотности. Различают равновесную и оптимальную плотности почвы. Равновесная плотность — это установившаяся плотность необработанной (1—2 года) почвы в естественном состоянии. Плотность почвы, при которой складываются благоприятные условия для роста растений и деятельности почвенных микроорганизмов, называют оптимальной.
Изучение реакции культур на физическое состояние почв различного генезиса позволило выявить интервалы оптимальных значений плотности почвы для зерновых и пропашных культур. Так, моделирование плотности сложения дерново-подзол истой средне-суглинистой почвы показало, что в средние по увлажнению годы оптимальные ее параметры для зерновых колосовых культур составляют 1,1 — 1,3 г/см 3 , для пропашных — 1,0—1,2. Равновесная же плотность этой почвы находится в пределах 1,35—1,50 г/см 3
Сопоставление показателей равновесной и оптимальной для роста культур плотности позволяет определить необходимость обработки почвы, в данном случае рыхления. Чем больше разность между этими величинами, тем интенсивнее и глубже должна обрабатываться почва. Например, с помощью вспашки дерново-подзолистой почвы ее плотность уменьшается с 1,4—1,5 до 0,8—0,9 г/см 3 и почва приобретает рыхлое состояние.
Плотность почвы зависит от гранулометрического состава, содержания гумуса, водопрочных агрегатов, влажности почвы и других условий.
Почвы тяжелого гранулометрического состава с большим содержанием илистой фракции и гумуса подвержены значительному набуханию при увлажнении и разрыхлению. Это вызывает изменение как равновесной, так и оптимальной плотности.
Высокогумусированные черноземные почвы имеют равновесную плотность 1,0—1,3 г/см 3 , которая совпадает с оптимальной для культур, что позволяет уменьшить интенсивность и глубину основной обработки этих почв. Наилучшие условия для появления всходов зерновых культур, уменьшения испарения влаги из почвы складываются, например, в черноземной тяжелосуглинистой почве, когда верхний (0—7 см) слой имеет рыхлое состояние и плотность 0,98—1,04 г/см 3 , а нижний (7—30см) слой несколько уплотнен — 1,18—1,20 г/см 3 . Это достигается сочетанием разноглубинной отвальной и безотвальной обработок с поверхностной обработкой почвы.
Оптимизация физических условий почвенного плодородия в первую очередь определяется строением почвы, под которым понимают соотношение объемов твердой фазы, капиллярной и некапиллярной пористости. Наилучшие условия аэрации почвы, воздухообмена между почвой и атмосферой, а следовательно, и благоприятные условия для роста и развития растений складываются в дерново-подзолистой среднесуглинистой почве, когда общая пористость составляет 46—56%, некапиллярная— 18—25, капиллярная — 28—31 %, а твердая фаза занимает 44—54 % объема почвы.
Оптимальные почвенные условия черноземных почв обеспечивает строение, при котором общая пористость составляет 51—62 %, а пористость аэрации — 15—25 %. Предельной величиной, приводящей к снижению урожайности зерновых культур, является пористость устойчивой аэрации — 13— 15 % объема почвы. При этом содержание кислорода в нормально увлажненной почве составляет не менее 20 %, а СО2 не превышает 0,2—0,5%.
С помощью обработки улучшается строение пахотного слоя почвы: рыхлением при основной и предпосевной обработках увеличивают некапиллярную пористость и, наоборот, уплотняя рыхлую почву, уменьшают ее и снижают аэрацию.
Создание оптимальной модели плодородия пахотного слоя позволяет оптимизировать почвенные режимы и повысить урожайность культур. Моделирование гомогенного и гетерогенного состояния пахотного слоя дерново-подзолистой почвы разной мощности (20, 30 и 40 см) показало, что кукуруза, картофель и другие полевые культуры положительно реагируют на гетерогенное строение, при котором в верхнем слое (0—20 см) за счет внесения удобрений и извести достигается более высокая степень оптимизации агрофизических и агрохимических свойств.
Прибавка урожая полевых культур при гетерогенном строении пахотного слоя с внесением высоких доз удобрений в слой 0—20 см за 15 лет повысилась с 3,8 до 9,7 тыс. корм. ед. на 1 га по сравнению с неудобренным фоном, а при гомогенном строении — с 3,4 до 8,9 тыс. корм. ед. на 1 га (табл. 31). Сбор кормовых единиц при внесении удобрений в слой 0—40 см снизился на 10,8 %. Это свидетельствует о том, что смешивание пахотного слоя с почвой элювиального горизонта с низким естественным плодородием не позволяет восстановить плодородие почвы до исходного уровня даже за 15-летний период.
Структурный состав, содержание водопрочных агрегатов характеризуют сложение почвы, устойчивость ее против эрозии и уплотнения, оптимизируют почвенные режимы и определяют продуктивность культур. Оптимальное содержание водопрочной макроструктуры (агрегаты размером 0,25—10мм и более) для дерново-подзолистых и серых лесных почв составляет 30—45 %, для черноземных почв — 45—60 %. При такой оструктуренности почва длительное время сохраняет устойчивое сложение, приданное ей обработкой. Структурная почва теряет положительные качества при увеличении количества пыли (частицы размером менее 0,25 мм) до 30-40%.
Верхний (0—10 см) слой почвы пахотного слоя более гумусирован и лучше оструктурен по сравнению с нижним (10—20 см). Здесь быстрее идет восстановление структуры почвы за счет накопления растительных и корневых остатков, вносимых удобрений. Оборачивание почвы при вспашке способствует оструктуриванию и нижней части пахотного слоя.
Требования культур к степени крошения почвы определяют с учетом гранулометрического состава, оструктуренности почвы, увлажненности зоны, биологических особенностей культуры и проявления эрозии. Например, для зерновых колосовых культур Нечерноземья степень крошения (доля комков диаметром 0,25— 30 мм) дерново-подзолистых и серых лесньх почв пахотного слоя должна быть не менее 80 %, а глыбистость поверхностного слоя почвы—до 20%.
Применение тяжелых почвообрабатывающих машин и транспортных средств приводит к сильному уплотнению почвы (до 1,35— 1,55 г/см 3 ), ухудшению физико-механические свойств и снижению, например, всхожести семян озимой пшеницу с 81,1 до 60,7 %. Это вызывает необходимость глубокого рыхления с помощью безотвальных, чизельных орудий, плугов-глубокорыхлителей и других приспособлений, которые служат эффективным средством разуплотнения почвы как пахотного, так и подпахотного слоев и улучшения воздухо- и водопроницаемости почвы.
Значительное влияние на рост корневых Систем и проникновение корней в почву оказывает механическое сопротивление — твердость почвы. Сильное уплотнение почвы при высушивании и повышение при этом твердости выше критических значений (более 10 кг/см 2 для зерновых культур) снижают рост корней и увеличивают затраты энергии растений на преодоление сопротивления почвы. Благодаря обработке, глубокому рыхлению облегчаются проникновение корней в глубокие слои почвы и поглощение ими воды, питательных веществ. Это особенно важно для формирования полноценных корнеплодов у сахарной свеклы, моркови, клубней у картофеля.
Обработка почвы в системах ландшафтного земледелия должна иметь почвозащитную и энергосберегающую направленность. На склоновых землях, подверженных водной эрозии, почвозащитные технологии обработки разрабатывают на основе специальных приемов глубокого безотвального рыхления, чизелевания, щелевания, прерывистого бороздования, а также контурной вспашки с поделкой гребней, лунок и др. Эти приемы позволяют снизить в 2—2,5 раза сток талых вод, а смыв почвы уменьшить в 2,5—11 раз. При этом эффективность минеральных удобрений повышается на 10— 12 %, урожайность зерновых культур — на 0,15—0,2 т/га.
В севооборотах агроландшафтов степной и лесостепной зон, подверженных ветровой эрозии, система почвозащитной обработки базируется на мульчирующей, полосной и других минимальных обработках с применением рыхлящих, но не оборачивающих пласт рабочих органов орудий (плоскорезов, параплау, чизелей, стоек СибИМЭ, сеялок прямого посева), сохраняющих пожнивные остатки на поверхности почвы.
Источник
Оптимальные параметры твердости почвы для зерновых культур
Под действием естественных факторов почва уплотняется до определенного состояния, которое характеризуется равновесной
плотностью. Она служит диагностическим показателем необходимости механической обработки почвы.
Благоприятные условия для роста зерновых культур и трав складываются в том случае, если почва имеет плотность 1,20-1,35 г/см 3 , а для пропашных — 1,0-1,2 г/см 3 (табл. 4).
Оптимальная и равновесная плотности средне- и тяжелосуглинистых почв, г/см 3 (по В.В. Медведеву)
Почва
Плотность почвы
Дрейф
Оптимальная для зерновых
равновесная
Дерново-подзолистая
1,33
1,50
0,17
Чернозем оподзоленный
1,22
1,25
0,03
Чернозем типичный
1,20
1,24
0,04
Чернозем обыкновенный
1,20
1,27
0,07
Чернозем южный
1,20
1,28
0,08
Темно-каштановая
1,23
1,32
0,09
Каштановая
1,25
1,35
0,10
Величина плотности сказывается на всем комплексе почвеннофизических условий: на водном, воздушном и тепловом режимах. Поэтому информативность этого показателя дает возможность широкого применения плотности как при почвенно-генетических исследованиях, так и для агротехнической и почвенно-мелиоративной оценки почв. Оптимальные параметры плотности необходимы для оценки устойчивости сложения пахотного слоя почв, при разработке различных агротехнических приемов и зональных систем земледелия, для оценки работы сельскохозяйственных орудий, при изучении вопросов окультуривания почв, уплотняющего воздействия техники на почву и т.д.
Пористость общая — суммарный объем пор между почвенными частицами и комочками почвы, выраженный в процентах к общему объему почвы. Рассчитывается по данным о плотности почвы
Н.А, Качинский (1985) предложил выделять следующие диапазоны по порозности почвы (порозность почв в %):
— отличная (культурный пахотный слой) — 65-55;
— удовлетворительная для пахотного слоя — 55-50;
— неудовлетворительная для пахотного слоя — 3
Общая порозность почвы,%
Оценка плотности
Оценка пористости
70
Почва вспушена или богата органическим веществом
Избыточно пористая — почва вспушена
1,0-1,1
65-55
Типичные величины для культурной или свежевспаханной почвы
Отличная — культурный пахотный слой
1,1-1,2
55-50
Пашня слабо уплотнена
Хорошая, характерная для окультуренных почв
1,2-1,3
50-45
Пашня уплотнена
Удовлетворительная, характерная для освоенных почв
1,3-1,4
45-40
Пашня сильно уплотнена
Неудовлетворительная для пахотного слоя
1,4-1,6
40-35
Типичные величины для подпахотных горизонтов (кроме черноземов)
Чрезмерно низкая, характерная для уплотненных подпахотных и иллювиальных горизонтов
1,6-1,8
Сильно уплотненные иллювиальные горизонты
Для характеристики воздушного и водного режимов почв важно не только количество, но и качество пор, а также их соотношение. Под строением почвы пахотного слоя понимают соотношение объемов, занимаемых твердой фазой, капиллярными и некапиллярными порами. Оптимальным для большей части культур считается строение почвы пахотного слоя, при котором общая пористость составляет 55%, капиллярная — 30%, некапиллярная — 25%. В зависимости от зональных условий это соотношение может изменяться.
Источник
Плотность и твердость почвы
Свойства почвы как единого физического тела во многом определяются составом, соотношением, взаимодействием и динамикой твердой, жидкой, газообразной и живой фаз. В этом аспекте особую роль играют физические свойства почвы. К ним относятся общие физические, физико-механические, водные, воздушные, тепловые свойства, структура. Физические свойства влияют на характер почвообразовательного процесса, плодородие почвы и развитие растений.
Рисунок 2 – Фазовый состав почвы, в процентах от объема: 1 – твердая фаза, 2 – живая фаза, 3 – жидкая фаза, 4 – газовая фаза (по материалам http://agrolib.ru/ “AgroLib.ru: Библиотека по агрономии”)
Плотность и твердость – это разные понятия. Плотность характеризует физические свойства, а твердость физико механические. Рассмотрим подробно…
К общим физическим свойствам относятся плотность почвы, плотность твердой фазы и пористость.
Плотность почвы (объемная плотность, плотность сложения) – вес в граммах 1 см 3 почвы в естественном сложении (вместе с почвенным воздухом). Плотность почвы характеризует взаимное расположение почвенных частиц и агрегатов. Поскольку в объем почвы входят имеющиеся в ней поры, плотность почвы будет всегда меньше плотности твердой фазы. Обозначают dV, выражают в т/м 3 или г/см 3 и рассчитывают, как отношение веса до обьема.
Плотность почвы зависит от гранулометрического и минерального состава, структуры, содержания гумуса и обработки почвы. От плотности почвы зависят поглощение влаги, воздухообмен, жизнедеятельность биоты и развитие корневых систем.
Сильно уплотненная почва в сухом состоянии оказывает большое сопротивление почвообрабатывающим орудиям, угнетающе действует на развитие корневой системы растений, во влажном – характеризуется неблагоприятным соотношением воды и воздуха. Плотная почва обладает низкой водопроницаемостью, что вызывает процессы эрозии.
Физико-механические свойства почв по сравнению с физическими имеют более широкое использование не только в почвоведении, но и в грунтоведении, строительстве. К ним относятся: пластичность, липкость, набухание, усадка, связность,твердость и удельное сопротивление.
Твердость – это сопротивление, которое оказывает почва проникновению в нее под давлением различных тел, выражается в кг/см 3 . На величину твердости влияют те же характеристики, что и на связность. Почвы с высоким содержанием гумуса, насыщенные кальцием и имеющие хорошую комковато-зернистую структуру, не обладают высокой твердостью и связностью.
Высокая твердость – признак плохих физико-химических и агрофизических свойств почв. При высокой твердости снижается прорастание семян, затрудняются проникновение корней в почву и развитие растений вследствие неблагоприятного водного, воздушного и теплового режимов.
А теперь расмотрим детально….
Твердость – сопротивление почвы проникновению в нее тела (металлического плунжера) определенной формы. Этот прибор называется твердомером пенетрометром). Твердомер, как покажем далее, при определенных условиях может использоваться в нормировании операций по обработке почв. За рубежом (больше всего в США) рассчитывают аналогичный показатель, называемый коническим индексом.
Наиболее низкую твердость имеют верхние слои распахиваемых почв. Обычно в посевном слое (0-10 см) твердость редко превышает 5-10 кгс/см2. В случае прохождения плунжера через слои с более крупной структурой или с более высокой плотностью показатели твердости несколько возрастают. Глубже в зависимости от времени после последней глубокой обработки твердость сохраняет постоянные значения либо постепенно возрастает в переделах 10-20 кгс/см2. Наибольший подъем соответствует переходу от пахотного к подпахотному слоям, где размещается плужная подошва. Здесь твердость может возрасти до 30-40 кгс/см2 и выше. Глубже твердость несколько снижается и далее остается постоянной. Чем плотность выше, тем выше и твердость. На такую особенность твердости обратил внимание П.В.Горохов (1990).
Твердость почвы при механизированной обработке является важным показателем для обоснования основных параметров рабочего органа почвообрабатывающих машин и нормирования труда и затрат.
Методы измерения твердости
Для измерения твердости почв применяют пенетрометры – устройства, предназначенные для введения в почву металлических тел (плунжеров) определенной формы с минимальным нарушением строения почвы. Пенетрометры бывают динамические и статические. В первых из них плунжер вводится в почву с помощью удара или падающего веса (массы). Статические пенетрометры вводят плунжер в почву медленно и постепенно, избегая динамического эффекта.
Также, можно измерить древним способом веткой или проволкой
Обычно это клин (для очень твердых почв и пород), конус, шар или плоский диск (для умеренно твердых и распахиваемых почв). Измеряется в кгс/см2 или в подобных единицах – Н/м2, Па, кПа, мПа (1 кгс/см2 = 1 х 105 Н/м2 = 1 х 10 2 Па = 1 х 103 кПа = 1 x 10° мПа). Показатели твердости легко трансформировать в работу (измеряемую, как известно, в джоулях), если затраченное усилие умножить на расстояние, которое преодолевает в почве наконечник твердомера.
Характеристика почв по твердости
Теперь о плонтости почвы…
Какую бы систему обработки почвы мы не выбрали, в процессе ее выполнения изменяются показатели плодородия почвы. Среди агрофизических характеристик в первую очередь следует назвать плотность. Именно она обоснованно считается интегральным показателем физического состояния почвы.
Плотность почвы — важная характеристика, показывающая, в каких условиях растут и развиваются растения. От плотности почвы зависят все грунтовые режимы: воздухообмен, водопроницаемость, влагоемкость, теплоемкость, микробиологические и окислительно-восстановительные процессы. Она влияет на технологические свойства, качество обработки почвы. Все это отражается на величине и качестве урожая. При рыхлом строении пахотного слоя создаются условия для повышенного расходования влаги на испарение, а при плотном — неблагоприятные для развития корней растений.
Плотность выражается в г/см3. Значения плотности почвы изменяются в пределах от 0,4 до 1,8 г/см3 и зависят от механического состава, количества органического вещества и структуры почвы.
Плотность почвы динамична. Наиболее рыхлой почва бывает сразу после обработки, затем постепенно уплотняется и через некоторое время ее плотность приходит в равновесное состояние, т. е. до следующей обработки изменяется незначительно. Верхние горизонты почв, содержащие больше органического вещества, лучше оструктуренные, подвергающиеся рыхлению при обработке, имеют более низкую плотность.
Плотность некоторых почв и грунтов, г/см 3
Почвы, грунты
Плотность
Почвы, грунты
Плотность
Торф
0,2-0,5
Солонцовый горизонт
1,5-1,7
Пухлый солончак
0,8-1,0
Глыбы после вспашки
1,7-1,9
Подзолистый горизонт
1,2-1,5
Корка после полива
1,6-1,9
Болотные почвы
1,1-1,3
Третичные глины
1,7-2,0
Лессы
1,3-1,5
Слитой горизонт в сухом
1,9-2,0
Целинный чернозем
1,2-1,3
состоянии
Свежая вспашка
1,0-1,1
Иллювиальные горизонты
1,6-1,8
Легкие почвы имеют меньшую плотность сложения по сравнению с тяжелыми. Чем выше содержание органического вещества и лучше структурное состояние, тем меньше плотность сложения почвы.
Оптимальная плотность для большинства культур равен 1-1,2 г/см3.
Разные культуры неодинаково реагируют на разную плотность. Пропашные культуры формируют свой урожай в почве (картофель, сахарная свекла, морковь и др.) или развивают мощную корневую систему (кукуруза, подсолнечник), поэтому отзывчивы на рыхлую почву, т.е. формируют самый высокий урожай при более низких значениях плотности почвы (0,9-1,0 г/см3). Озимые культуры (озимая рожь, озимая пшеница) требуют более плотных почв — оптимальные значения плотности 1,1-1,3 г/см3. Под воздействием сельскохозяйственной техники плотность почвы нередко увеличивается на 1,4-1,6 г/см3 , при этом переуплотняется не только пахотный слой, но и подпахотный.
То же, по отношению к сельскохозяйственным культурам в условиях среднего по увлажнению года
Дерново-подзолистая тяжело- и срсднесуглимистая:
зерновые колосовые
1,22
1,10-1,40
кукуруза
1,15
1,10-1,20
кормовые бобы
1,21
1,10-1,30
картофель
1,11
1,00-1,20
То же, легкосуглинистая и супесчаная:
зерновые колосовые
1,27
1,25-1,35
кукуруза
1,22
1,10-1,45
Черноземы типичные, оподзоленные и серые лесные почвы лесостепи тяжело- и среднесуглинистые:
зерновые, колосовые
1,21
1,05-1,30
сахарная свекла
1,14
1,00-1,26
То же, легкосуглинистые:
зерновые, колосовые
1,23
1,10-1,40
Черноземы обыкновенные, южные и каштановые почвы степи тяжелосуглинистые и легкосуглинистые:
зерновые, колосовые
1,19
1,05-1,30
кукуруза
1,19
1,05-1,30
Сероземы:
хлопчатник
1,26
1,20-1,
При этих значениях плотности создаются наиболее благоприятные водный, тепловой, воздушный и питательный режимы в плодородном слое почвы, а также наиболее оптимальные условия для корневой системы.
Что происходит во время уплотнения почвы:
увеличение удельной массы грунта;
снижение общей и особенно некапиллярной пористости;
замедление роста корневой системы — уменьшается общая масса корней и затрудняется проникновение корней в пахотные и подпахотные слои почвы;
уменьшение влагообеспеченности растений;
ухудшение водно-физических свойств: влагоемкости, скорости впитывания поливной воды, уменьшение водопроницаемости;
ухудшение аэрации и биологических процессов;
усиление поверхностного стока воды и смыва мелкозема;
ухудшение питательного режима почвы;
снижение урожайности и качества сельхозпродукции.
Основные причины уплотнения почвы:
высокая степень распаханности почв;
применение интенсивного возделывания почвы;
несоблюдение чередования культур в севообороте;
недостаточное количество органических удобрений, которые вносят в почву.
Ходовые системы средств механизации в земледелии имеют неодинаковые конструктивные параметры, а потому уплотняют почву по-разному: гусеничные трактора меньше уплотняют почву, чем колесные. Ходовые системы тракторов, в которых гусеницы имеют меньший шаг, а опорные катки — менее отдалены друг от друга, способны в меньшей мере уплотнять почву. От конструкции шин зависят удельные нагрузки на грунт, деформация его при буксировке, что влияет на уплотнение почвы. Больше уплотняется грунт на периферии поля.
В результате выпадения большого количества осадков уплотнения почвы увеличивается из-за увеличения его массы, или заплывания.
Орошение уплотненных почв неэффективно, поскольку нередко приводит к цементации поверхности. После подсыхания на ней образуются огромные трещины.
Методика определения объемной массы.
Для определения объемной массы необходимо брать образцы почвы для анализа при ненарушенном сложении. Для выявления закономерности изменения плотности с увеличением глубины допускается взятие образцов с нарушением естественного сложения почвы. Необходимо взять металлический бур-патрон и взвесить пустой вместе с двумя крышками. Для определения объема бура-патрона измерить его диаметр и высоту. Закрыть одну из крышек, в цилиндр совочком небольшими порциями насыпать воздушно-сухую почву, взятую с горизонта 0-25 см. Почву насыпать до верхней части цилиндра, при этом постукивать по его боковой части. После этого бур-патрон закрыть второй крышкой и взвесить вместе с воздушно-сухой почвой. Затем почву высыпать в тот же ящик, откуда она была взята, и повторить взвешивание второго и третьего образцов, взятых из того же ящика. Трехкратное взвешивание необходимо для получения более точного значения результатов. Далее, точно таким же способом три раза насыпать в цилиндр и взвешивать почву со слоев 25 – 40 см и 40 — 100 см. Массу воздушно-сухой почвы вычисляют путем вычитания из массы бура-патрона с воздушно-сухой почвы массы пустого бура-патрона. Массу абсолютно-сухой почвы рассчитывают с учетом поправки на влажность — 5% Плотность (объемную массу) для каждого генетического горизонта рассчитывают путем деления массы абсолютно сухой почвы на объем бура-патрона.
Оптимизация агрофизических свойств почвы тесно связана с его обработкой и выращиваемыми культурами.
Эффективные направления минимализации обработки почвы и ослабление негативного воздействия на него средств механизации:
использование комбинированных агрегатов;
применение широкозахватных агрегатов для уменьшения количества их проходов по полю;
замена полицевих обработок менее затратными — безотвальной и поверхностной;
использование на весенних полевых работах гусеничных тракторов или колесных, но широкопрофильными шинами;
Минимальная и нулевая обработки создают оптимальную плотность в 0-30-сантиметровом слое чернозема обыкновенного. Учитывая вышесказанное, заметим, что наиболее эффективным способом улучшения физического состояния почв является уменьшение на них действия сельхозмашин и тракторов, а также соблюдение научно обоснованных севооборотов и внесение достаточного количества органических удобрений.
