Влияние уплотнения почвы на минеральное питание растений
Азот. Уплотнение почвы воздействует на азотный режим почвы и эффективность азотных удобрений несколькими путями:
• изменением состояния аэрации, которое непосредственно влияет на денитрификацию и газообразные потери азота, уменьшает интенсивность минерализации органического вещества, ослабляет симбиотическую азотфиксацию у бобовых растений;
• изменением водного режима, оказывающего влияние на транспорт азота и его вымывание;
• изменением взаиморасположения почвенных частиц, приводящим к изменениям конфигурации и длины корней, контакта их с почвой и позиционной доступности азота для растений.
В уплотненной почве отмечен более тесный контакт корней с почвенными частицами, что способствует увеличению поглощения нитратного мобильного азота на единицу длины корней. Ho этого совершенно недостаточно для компенсации различий поступления азота в корни растений в рыхлой почве, где длина тонких корней на единицу объема почвы намного больше, чем при уплотнении, хотя активность поглощения на единицу длины корня меньше из-за относительно слабого контакта с почвой.
Уменьшение поступления азота из уплотненной почвы приводит к снижению содержания азота в растениях (рис. 8.10) и уменьшению его выноса с урожаем. Это подтверждается положительной корреляцией (r = +0,85) между концентрацией азота в побегах и плотностью почвы на низком агрофоне и отрицательной корреляцией (r = -0,88) на высоком агрофоне. Некоторое увеличение концентрации азота на низком агрофоне при превышении плотности 1,55 г/см3 на почвах объясняется повышенной изреженностью посевов, в результате чего на 1 растение приходится больше азота.
В опытах с яровым ячменем в Швеции при давлении на влажную почву 200 кПа вынос азота зерном уменьшался на 30%, соломой — на 50%. В Германии при давлении на почву 100, 300 и 500 кПа вынос азота овсом уменьшался соответственно на 19, 30 и 39%. В опытах с яровым ячменем в Нидерландах и Великобритании в колеях трактора у растений наблюдались четкие признаки азотного голодания даже на хорошо удобренных участках (листья растений желтоватые, рост ослабленный, содержание азота в надземных органах низкое).
Ухудшение азотного питания растений происходит также вследствие потерь азота удобрений в атмосферу в форме оксидов азота, аммиака и молекулярного азота, с поверхностным стоком в форме аммонийного и нитратного азота и органических соединений, с вымыванием из почвы преимущественно в форме нитратов и сравнительно мало — в виде аммония и нитритов. Большие газообразные потери из удобрений наблюдаются на лугопастбищных угодьях при избыточном уплотнении. В Шотландии при внесении меченых 15N азотных удобрений газообразные потери азота были втрое выше, чем на неуплотненных участках.
Уплотнение почвы оказывает заметное влияние на размеры потерь аммиака как из минеральных, так и органических удобрений, без их быстрой заделки в почву. Большие потери аммиака из органических удобрений обусловлены тем, что, по крайней мере, половина общего азота в них представлена аммиаком. В опытах с бесподстилочным коровьим навозом в Норвегии при поверхностном внесении его во влажную прохладную погоду на уплотненную (150 кПа) колесами трактора почву потери аммиака составляли 40%, в сухую погоду — до 100%, а без уплотнения потери были на 20% меньше.
Уплотнение почвы оказывает сильное негативное влияние на фиксацию азота бобовыми растениями, самообеспечение их азотом и потребность севооборота в азотных удобрениях. В исследованиях с соей в США показано, что в почве под колеями трактора численность корневых клубеньков была меньше на 20—30%, а их масса — на 36%. В опытах во Франции на уплотненной и неуплотненной почвах число корневых клубеньков на растении гороха составило соответственно 137 и 188 штук. При этом ослабление азотфиксации было непропорционально большое по сравнению с уменьшением численности корневых клубеньков, что свидетельствует о снижении азотфиксирующей активности единичного клубенька. Это можно объяснить сосредоточением основного количества корневых клубеньков вблизи поверхности почвы, где при ее уплотнении создаются особо неблагоприятные условия для их активности — слабая аэрация, неустойчивость теплового, воздушного, водного и других режимов.
Фосфор. Фосфор в почве по сравнению с азотом и калием отличается меньшей мобильностью, и влияние уплотнения почвы на его поглощение растениями связано прежде всего с архитектурой корневой системы. Обычно при уплотнении корневая система охватывает ограниченный объем в верхнем слое почвы, что обусловливает снижение содержания фосфора в растениях.
Вместе с тем при уплотнении усиливается поглощение фосфора на единицу длины корней в результате более интенсивной диффузии фосфора к корню. Однако этот процесс не может полностью компенсировать снижение содержания фосфора в растениях и тем более вынос с урожаем, который резко снижается.
Так, при отсутствии уплотнения из слоя почвы 0—15 см в растения поступало около 40% общего потребления фосфора. По мере усиления уплотнения почвы на глубине более 15 см участие поверхностного слоя в обеспечении растений фосфором возрастало. При достижении плотности 1,75 г/см3 поступление фосфора происходило только за счет верхнего рыхлого слоя. Ho даже при оптимальной влажности почвы вынос фосфора был на 27% ниже, чем при отсутствии уплотнения.
Калий. При уплотнении почвы поступление калия в растения также ослабевает. Согласно данным Института агрофизики в Люблине (Польша), относительное содержание калия в растениях кукурузы при уплотнении иловатосуглинистой, иловатотяжелосуглинистой и среднесуглинистой почв снижалось соответственно на 12, 18 и 5%. Имеются аналогичные данные по снижению содержания калия в растениях зерновых колосовых, сои и других культур.
Ослабление поступления калия из уплотненной почвы в растения связано с уменьшением площади поверхности корней. Усиление же поглощения калия на единицу поверхности корней за счет применения высоких доз калийсодержащих удобрений, как показали исследования с соей и кукурузой, не в состоянии в достаточной мере восполнить ослабление калийного питания.
Источник
Влияние уплотнения почвы на урожай растений и его качество
В полевых условиях растения редко сталкиваются с однородным уплотнением. В частности, при наличии подплужной подошвы, ограничивающей рост корней в глубину, часто увеличивается количество корней в верхних слоях почвы. Это обусловливает меньшее проникновение корней в более глубокие слои почвы, сохраняя их таким образом в поверхностных слоях и увеличивая образование боковых корней. Компенсаторный рост (увеличение количества боковых корней) наблюдается у растений, корни которых сталкиваются с горизонтально, но не с вертикально уплотненными слоями. При образовании трещин в почве из-за засухи корни скапливаются в них. Это ведет к снижению однородности освоения корнями почвы в уплотненном слое. Подобные эффекты означают, что отдельные корни в уплотненной почве могут адаптироваться к высоким значениям уплотнения.
На обрабатываемых землях отмечено повторное проникновение корней в корневые каналы, оставшиеся от предшествующей культуры, благодаря чему корни идут по пути наименьшего сопротивления. Так, в одном из опытов корни кукурузы, выращенной после люцерны, занимали около 40% оставшихся после нее макропор. При бессменном выращивании кукурузы этот показатель составил около 18%.
Глубина проникновения корней пшеницы увеличивалась при разрушении подплужной подошвы двойной обработкой, что однако приводило (при отсутствии лимитирования воды) лишь к незначительному (около 1%) повышению урожайности зерна. В относительно засушливые годы двойная обработка (вспашка) обеспечивала прибавку урожая до 20%, а на песчаных почвах — до 60%.
Увеличение глубины обработки с 15 до 40 см на орошаемых рисовых чеках способствовало проникновению корней в глубину, росту доступности N, а также повышению урожайности зерна почти на 17%. На неорошаемых рисовых чеках разрушение неглубокого (10 см) подпахотного уплотненного слоя с помощью глубокой обработки увеличивало проникновение корней на глубину ниже 10 см и повышало урожайность зерна в целом на 15%.
Несмотря на отрицательные эффекты сильного уплотнения, не следует забывать, что почвы могут быть как очень плотными, так и очень рыхлыми. При выращивании риса без орошения на крупнофракционной почве преднамеренное уплотнение горизонта В может оказывать влияние на скорость просачивания воды и соответственно продолжительность подтопления поверхности почвы. На протяжении двух вегетаций при выращивании на суглинке уплотнение горизонта В увеличило урожайность зерна почти на 70%. На грядах обязательное уплотнение в результате обработок снижает испарение воды из верхних слоев почвы, а также ведет к лучшему прорастанию семян и появлению равномерных всходов.
Уплотнение почвы приводило к снижению полевой всхожести ячменя и сои, причем различия в густоте посевов сохранялись в течение всей вегетации. Так, густота посевов при уборке составила в варианте без уплотнения 63 (соя) и 338 (ячмень) растений на 1 м2. В варианте с 5-кратным уплотнением колесами трактора Т-150К густота посевов была на 26% меньше.
С увеличением уплотняющего воздействия тракторов изменялась и структура урожая: общая кустистость ячменя увеличивалась, а продуктивная снижалась; уменьшались длина колоса, число зерен в нем, масса 1000 семян и Kхоз.
Пропашные культуры особенно чувствительны к уплотнению, и снижение их урожая может достигать при неблагоприятных условиях более 50%. Уплотнение почвы, в частности, оказывает влияние как на урожайность, так и на структуру урожая картофеля. По следу колеса получено 25% крупных и 75% средних по количеству клубней, по массе 46 и 44% соответственно. В рядках без прохождения колеса крупные клубни составили 40% и средние 60% по количеству, а по массе 25 и 75%. Урожайность картофеля в междурядьях при прохождении колеса уменьшилась на 52%.
По данным полевой опытной станции в Лилестаде (Нидерланды), при давлении на ось 15, 10 и 4 т в колее на легкой почве урожайность кукурузы на силос уменьшилась соответственно на 38, 15 и 4%. На опытной станции в Кизе (Дания) при уплотнении почвы урожайность ячменя, кормовой свеклы и моркови была ниже на 18, 16 и 24% на фоне достаточных доз минеральных и органических удобрений. При повышении плотности почвы с 1,1 до 1,7 г/см3 на опытной станции в Румынии урожайность зерна кукурузы снижалась до 25 ц/га.
Действие даже однократного переуплотнения может распространяться не только на пахотный, но и подпахотный слои и долго проявляться в зонах с суровой зимой, климатические условия которых способствуют саморазуплотнению почвы в результате действия многократных циклов замерзания — оттаивания.
Так, на глинистых почвах Швеции при однократном уплотнении тракторов с нагрузкой 10 т на ось неблагоприятное влияние на урожайность полевых культур сказывалось в течение 11 лет, в том числе сильно — 7 лет (на 7-й год недобор урожая овса составил 11-15%).
При однократном уплотнении трактором с давлением на ось
16 т в Финляндии наблюдалось уплотнение на глубину 40—50 см. В течение последующих 8 лет неблагоприятное влияние уплотнения на урожай постепенно ослабевало. В первые годы недобор урожая сельскохозяйственных культур (яровых ячменя, овса, пшеницы, рапса и многолетних трав) составлял 6—7%, а вынос азота и других элементов минерального питания в среднем уменьшался на 9%.
При уплотнении только в колеях трактора также наблюдается недобор урожая в расчете на всю площадь поля. Исследования, проведенные в Польше по возможности компенсации недобора урожая озимой пшеницы в колеях трактора за счет прилегающих к колее рядков, показали, что урожай двух прилегающих рядков выше (за счет увеличения числа колосьев в рядках и числа зерен в колосе). Однако этого оказывалось недостаточно для компенсации недобора урожая зерна в колеях.
В модельных стационарных опытах MCXA имени К.А. Тимирязева снижение урожая озимой пшеницы и картофеля от систематического переуплотнения подпахотных слоев носила кумулятивный характер. Существенное снижение урожайности этих культур наступало после 4—6 проходов тракторов T-150 и Т-150К в течение 3—4 лет и после 4 проходов трактора К-700 в сумме за 2 года. Недобор урожая озимой пшеницы и картофеля на уплотненных делянках возрастал из года в год.
В среднем по всем маркам тракторов (МТЗ-80, T-150, Т-150К и К-700) потери урожая только от переуплотнения подпахотного слоя составили от 2,2—4% при 2—4-кратном суммарном уплотнении до 14,7—16,6% при 16—18-кратном в сумме за 6—8 лет укатывания дерново-подзолистой среднесуглинистой почвы тракторами.
Обобщение 30 модельных опытов (со сплошным уплотнением почвы движителями) показало, что при однократном уплотнении урожайность полевых культур снижается на 9—17%, при 2—3-кратном — на 13—28% и при 4—5-кратном — на 19—35%.
Урожайность корнеплодов сахарной свеклы, как и ее сахаристость, по мере повышения плотности черноземной почвы снижается, причем больше в засушливые годы. Особенно четко это проявляется по сахаристости корнеплодов при максимальной плотности почвы (рис. 8.20).
Что касается картофеля, то содержание сырого протеина в клубнях при выращивании на подзолистых почвах достигало наибольшего значения (8%) при 5 проходах агрегатов (средняя плотность) и оказалась ниже при двух проходах (минимальная плотность) и восьми проходах (максимальная плотность).
Несколько иная ситуация складывается при выращивании подсолнечника на среднесуглинистом черноземе в Румынии. Масличность семянок повышается в среднем на 1% (с 47,5% в контроле до 48,5% при действии уплотнения), но на фоне более резкого снижения урожайности при повышении плотности почвы валовый сбор масла с 1 га снижается почти на 10%.
Источник
Уплотнение почвы и ее изменение при нулевой обработке
Билл Крэбтри, консультант по вопросам сельского хозяйства Западная Австралия
В связи с широким применением во многих странах мира в конце 80-х гг. технологии беспахотной обработки возникли опасения по поводу уплотнения и затвердевания почвы. Однако наши открытия доказали, что нулевая обработка позволяет почве со временем оставаться мягкой — ввиду меньшего движения по ней сельскохозяйственного транспорта, сохранения почвенной структуры, природного распространения и сжатия грунтов хорошего качества, увеличения почвенных органических веществ, улучшения биоактивности почвы.
Беспахотная обработка уплотняет меньше
В связи с уплотнением почвы увеличивается плотность земли, уменьшается ее рыхлость, повышается сопротивление вдавливанию, а также разрушается структура. Такое уплотнение возникает вследствие постоянной езды по ней тяжелой сельскохозяйственной техники. За последние 50 лет вес трактора увеличился приблизительно в два раза, следовательно, уплотнение почвы зависит от интенсивности движения транспорта. Другие факторы, влияющие на уплотнение земли, — менее существенны.
Возможно, в это трудно поверить, но беспахотная обработка, на самом деле, смягчает почву. Подпахотный слой почвы уплотняется меньше, если его реже поддавать обработке, ездить с/х транспортом по нему. В условиях ограниченного развития корневой системы, верхний слой почвы (0—20 см) не поддается существенному уплотнению. Появлению урожая и развитию корневой системы препятствуют поверхностный посев и затвердевание почвы в результате ее высушивания. Несмотря на это, при влажном пахотном слое почвы, поверхностный слой достаточно мягок для полноценного развития корневой системы растений.
Примером этого может служить таблица 1, в которой показаны существенные изменения, произошедшие в сохранении структуры почвы на протяжении пяти лет (регион — Западная Австралия).
Уплотнение почвы в Западной Австралии
Беспахотная обработка почвы на Западе Австралии стала применяться в конце 80-хх гг. Тогда же и возникли опасения, что такая обработка приводит к затвердеванию почвы, ограничивает нормальное развитие корневой системы. Множество проведенных испытаний по глубокому разрыхлению почвы показали низкие объемы урожая зерна — 5—20% на почвах с 30-сантиметровым рыхлением — несмотря на высокую ответную реакцию растений, которая составила 15—50%. Стоимость проведения рыхления, а также низкая пригодность почвы для движения с/х транспорта послужили причинами для заимствования технологии распушивания земледельцами из южных и восточных регионов Австралии.
Некоторые почвы Западной Австралии (приблизительно 7% от всей территории страны) дают положительную реакцию на проведение рыхления. Урожай зерна на них возрос до 70%. Такие реакции происходят на желтых глинистых песках, содержащих 7—12% глины. Эти почвы могут поразительно сжиматься при отсутствии движения по ним транспорта. Большой диапазон размеров частиц, а также отсутствие качественных видов глины (каолиновой) означают, что действие одной только проникающей дождевой воды может привести к уплотнению почвы и ограничению, таким образом, роста зерновых. Гидрофобные (водоотталкивающие) почвы почти не содержат глины (менее 2%), поэтому воск из органических веществ покрывает поверхность песка, не давая воде проникнуть внутрь.
Такая гидрофобность почв изменяется путем добавления глины в верхние слои почвы с использованием тяжелого оборудования. Технология называется «оглинение». Таблица 2 показывает степень отвердения почвы. 50-сантиметровое разрыхление этой почвы дало только 9% прирост урожая зерна, в то время как после оглинения этот процесс дал 100%-й исход.
Уплотнение почвы в Южной Америке
Земледельцы Южной Америки не видят опасений в уплотнении почв при их нулевой обработке. Они считают, что почвы остаются мягкими при их биологической активности благодаря улучшенному плодородию почв, активному развитию корневой системы, а также защитным насаждениям.
Уплотнение почвы в Северной Америке
В тех районах Северной Америки, где возделываются зерновые культуры, существует несколько проблем, связанных с уплотнением почв. В штатах Центральной и Северной Америки результаты исследования по оценке эффективности подпочвенного рыхления показали несколько положительных результатов по сбору урожая. Исследование строилось на проведении рыхления почв, возделываемых под сахарной свеклой и пшеницей, глубиной 40 см. В большей мере преодолению уплотнения почв способствовали самовосстанавливающаяся природа самих почв, а также их деятельность по замораживанию и оттаиванию.
В популярной на территории североамериканских прерий книге «Совершенствование мастерства нулевой обработки земли» по теме уплотнения почв не сказано ничего. Эта книга была написана после того, как большинство уже приняло технологию беспахотной обработки почвы на протяжении более чем пяти лет. Доказательство этого мнения получило свое распространение и в южных штатах США. Здесь поверхность старых почв, не подвергавшихся пахотной обработке, не способна сжиматься, к той же плотности, что и поверхность традиционно культивированных почв. Ее уплотнению препятствует высокое содержание органических веществ в беспахотном слое (см. табл. 3). Если почва сжата до плотности более чем 1,4 г/см3, замедляется развитие корневой системы. Сопротивление твердометра отражает способность корней расти в почве. Так, рост замедляется при 7 кг/см2 и прекращается при 21 кг/см2.
Разрыхление уплотняет почву, разрушая ее структуру
Обработка земли может привести к уплотнению подпахотного слоя, отвал плуга, в свою очередь, — худшая из форм уплотнения почвы. Интересно, что в 1943 году Фолкнер в своей, ставшей затем противоречивой, книге «Безумство пахаря» писал: «. отвал плуга, которым пользуются земледельцы всего цивилизованного мира, — наименее подходящее орудие в обработке почвы для производства зерновых культур».
В кратком обзоре опыта нулевой обработки почвы в США говорится о том, что проблема уплотнения почвы преимущественно относится к механической обработке почвы. На рисунке со спиралью разрушения почвы, поданном ниже, — урывок из данного обзора.
В процессе обработки почвы органические вещества попадают в нее, целиком поглощаясь в теплой сырой почве, главным образом, в течение 2—3 недель. Такая обработка способствует бактериальной и противогрибковой деятельности, работе земляного червя. Несмотря на медленный выход органических веществ из поверхностного слоя остатков, это позволяет множеству микроорганизмов и земляных червей естественно и неторопливо «возделывать» почву. Такая биологическая активность создает природные возможности для разработки почвы.
Быстрая потеря органического углерода замедляет множество полезных биологических процессов. В 5 г почвы существует приблизительно 10 млн. микроорганизмов, и большинство из них предпочитает постоянное поступление энергии для здорового воспроизведения популяции.
Спираль показывает, что движение транспорта во влажных условиях уплотняет почву и тогда приходится использовать рыхление для ее смягчения, что уплотняет подпочву и позволяет почвенным микроорганизмам быстро потреблять органический углерод.
Уплотнение путем поверхностного заиления
Когда в конце 1980-ых мы приняли технологию нулевой обработки, ожидалось, что тяжелые почвы начнут уплотняться от давления колес двигающегося по ним транспорта. Мы были очень удивлены, когда этого не произошло. Причиной, стало быть, является принцип беспахотной обработки, когда во время посева семя помещается в само основание борозды. Борозда остается влажной в наших прохладных и сырых условиях для сеяния, поэтому почва не высыхает до появления всходов.
Наиболее заметным в Западной Австралии улучшение урожая зерна вследствие беспахотной обработки земли было на самых тяжелых почвах, где появление хорошего урожая предполагаться даже и не могло. Сейчас этим почвам под нулевой обработкой 15 лет. Со временем было замечено существенное смягчение почв с увеличением использования воды и более эффективными урожаями. В первые годы беспахотной обработки смягчения почв удавалось достигать также с помощью добавления гипса.
Замедление раннего роста урожая с помощью нулевой обработки
При использовании технологии нулевой обработки почвы земледельцами было замечено, что рост урожая происходит медленней. Плотность почв на поверхности, обработанных таким методом, обычно составляет 0,5—2 мегапаскаля.
Зерновые культуры, обработанные беспахотным методом, растут, как правило, медленно и содержат меньше азота на ранних этапах своего развития. Хотя нас это не беспокоило, так как медленное раннее развитие урожая было главным для нас, в основном, в прошлые пять лет, четыре из которых были очень сухими. В более влажные годы проблемы не существует вообще, поскольку в качестве удобрения применяется азот.
Более медленный прирост урожая означает меньшее использование воды на ранних этапах развития зерновых. Медленный рост, тем не менее, не мешает урожаю развиваться физиологически. Более медленный рост зерновых культур, обработанных беспахотным способом, характеризирует их засухоустойчивость.
Способы снижения уплотнения
Избегайте езды транспортом по влажным почвам, применяйте нулевую обработку почвы, контролируйте движение транспорта, сохраняйте стерню — это и есть эффективные способы избежать уплотнения почвы.
Контроль за движением транспорта — популярная нынче фраза в сельском хозяйстве Австралии. Ведь следы от нулевой обработки почвы совпадают с другими линиями и следами сельскохозяйственной техники. Используя тяжелое оборудование по постоянным полосам движения и никогда не используя полосы, идущие между ними, вы сделаете эту систему более эффективной.
Одной из проблем контроля за движением транспорта является то, что со временем следы от колес транспорта становятся глубже, особенно в периоды повышенной влажности. Это требует механической обработки почвы для ее повторного восстановления.
Преимущества беспахотной системы обработки
В Австралии все чаще начали использовать преимущества почвы, приготовленной для беспахотного посева. Обычная форма беспахотного участка представляет собой борозду шириной около 70 мм и глубиной 40 мм с разбивкой 250—300 мм на каждый ряд (см. диаграмму).
Это обеспечивает влажность борозде и останавливает уплотнение почвы вокруг семени, снижает риск засухи, обеспечивает быстрое появление всходов, позволяет семенам поглощать питательные вещества, находящиеся вблизи, гарантирует надежную для движения зону в междурядье. Устойчивое междурядье и борозда, находящаяся под водой, создают семенам защиту от наезда колес транспорта в процессе роста и созревания.
Когда наши земледельцы только начинали беспахотную обработку, мы опасались слишком влажных борозд, из-за которых семя могло погибнуть. С небольшой частью семян так действительно и происходило, однако залитые участки земли не были лучше. Фактически спустя некоторое время благодаря беспахотной обработке почвы значительно улучшилась структура тяжелых почв. Вода теперь способна легче проникать в глубину и уменьшить поверхностное затопление. На глубине вода становится полезной для урожая по мере необходимости.
Источник