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
Уплотнении почвы: «тихий вор» на ваших полях
Однажды знакомый агроном, чтобы наглядно показать – насколько уплотнилась почва, заехал на убранное сентябрьское поле и проехал несколько километров по нему на своей легковушке. Не застрял в пашне ни разу. Уплотнение почвы в результате воздействия сельскохозяйственных машин постепенно убивало пашню, превращая ее в аналог грунтовой дороги.
Фермеры всего мира упорно ищут новые технологические решения, чтобы свести к минимуму уплотнение почвы. Легкие автономные транспортные средства в недалеком будущем, похоже, могут оказаться одним из таких решений. Во всяком случае Брэди Бьёрнсон, старший менеджер компании Topcon Agriculture придерживается такого мнения.
По его словам, длительные и обширные исследования, проводившиеся компанией, однозначно подтвердили заметное влияние уплотнения почв на урожайность и рентабельность сельского хозяйства. Уплотнение почвы снижает эффективность сельскохозяйственного производства, увеличивает затраты на обработку полей, способствует снижению урожайности. Исследования, проведенные в Великобритании, показали, что предотвращение уплотнения почвы увеличивает общую прибыль более чем на 132 доллара с гектара. В ходе опроса также выяснилось другое важное обстоятельство: фермеры, как правило, не знают, на какой площади своих угодий они реально уже уплотнили почву и тем самым сократили урожайность. Между тем, ученые из Пражского университета естествознания под руководством профессора М. Крулика в 2009 году провели исследования уплотнения почвы в свеклосеющем хозяйстве. Запись треков движения всей техники по полю в течение года показала, что почти на 90% поля есть колеи, оставленными сельхозмашинами.
При этом средний вес трактора составляет порядка 10-20 т, зерноуборочный комбайн — до 30 т, а самоходный свеклоуборочный — 50-60 т. В среднем техника выезжает на поля около 12-15 раз за сезон.
Уплотнение почвы росло с каждым годом, превратившись в последнее время в «тихого вора», который отнимает у сельхозпроизводителя солидную часть урожая.
Посчитать уплотнения
Определить уплотнение и его глубины можно с помощью пенетрометра. Этот инструмент позволяет фермеру измерить участок, где произошло уплотнение почвы, глубину, на которой оно сформировалось и усилие, которое потребуется для проникновения в этот слой для его разрушения.
Многие компании-производители в последние годы стали создавать датчики и целые системы, позволяющие оценить состояние полей и выбрать подходящий способ и агрегаты для борьбы с уплотнением почвы. На рынке уже представлены датчики вращения и цилиндрические преобразователи систем, откалиброванные для стандартных условий, а также ультразвуковые датчики, обеспечивающие обратную связь в реальном времени для корректировки глубины обработки почвы. И такие датчики, видимо, станут особенно востребованы там, где от мощной и тяжелой техники отказаться будет сложно.
Оптимизация, «одноразмерный» технопарк и гусеницы
Во многих странах с большими площадями полей традиционно применяется мощная и тяжелая сельхозтехника. Крупное сельское хозяйство Северной Америки, России, Канады, где поля в 1000 акров являются нормой, требует именно таких агрегатов. Но если отказаться от тяжелой техники нет возможности, может, стоит подумать о «правильных маршрутах» для тяжелых тракторов и комбайнов?
Как показал опыт, частично сократить уплотнение можно за счет дистанционного управление сельскохозяйственными машинами с оптимизацией маршрутов ее движения по полю. Заметную пользу может принести и подбор сельскохозяйственных машин с одинаковой шириной колеи. Это обеспечит уплотнение почвы только на небольшой части поля, оставляя остальную его часть нетронутой. Например, в США такой подбор является обычной практикой с учетом того, что большинство сельскохозяйственной техники обладает базой в 30 или 40 футов.
Кроме этого, механизаторы могут использовать шины сверхнизкого давления и шины повышенной флотации (SFT). А при замене комбайнов можно начать приобретать машины на гусеничном ходу. Сейчас такие комбайны становятся все более популярными и в Северной Америке, и в Европе. Ведущие американские производители отгружают на внутренний рынок уже каждый третий-четвертый комбайн на гусеничном ходу.
Российский опыт
В России накоплен собственный опыт снижения давления на почву — установка сдвоенных и строенных колес, который активно использовался в 80-е годы прошлого столетия. Применение сдвоенных колес снизило удельное давление на почву на 20-50 %, а проходимость агрегатов и их тяговое усилие при этом увеличивались.
Об этом опыте вспомнили, когда уплотнение почвы стало реальной проблемой. Сейчас практически все современные заводы-изготовители сельхозмашин устанавливают сдвоенные колеса на тракторы. Так, в базовой комплектации тракторов RSM 2375 от компании «Ростсельмаш» предлагается спарка на 710 и 520 радиус колес. Дополнительно на этих тракторах возможна установка строенной резины, что в 4 раза снижает давление на почву.
У тракторов «Кировец» спаренные колеса предлагаются в качестве опции. Сдвоенные колеса – более экономичный вариант, но прежде, чем принять решение, нужно учесть несколько факторов. Прежде всего, увеличение габаритов. Например, на сдвоенной резине габарит машины по колесам составляет около 3,8 м, а на строенной — 5,5 м. И эти размеры уже за пределами разрешенных транспортных габаритов. Значит, передвигаться без проблем по дорогам общего пользования не получится. И надо заранее подумать о том, как доставлять технику от одного поля к другому.
Впрочем, вряд ли удастся окончательно решить проблему переуплотнения, только меняя отношение к сельхозтехнике. Справиться с «почвенной подошвой», вернуть почву в хорошо агрегированное состояние невозможно без восстановления почвенной биоты. Сделать это можно с помощью органических удобрений или сидератов. Посев в паровых полях люпина, люцерны, донника, рапса, горчицы и других культур и последующая заделка зелёной массы в почву дает хорошие результаты. Опыт возделывания донника в Курганской области показал, что крепкая разветвленная корневая систему этой культуры проникает на глубину 1–1,5 м, хорошо дренирует, разрыхляет даже плужную подошву, повышает воздухо- и влагоёмкость почвы.
Безусловно, в каждом хозяйстве подбор технических, технологических и агрономических решений для борьбы с переуплотнением будет свой — с учетом местных условий и возможностей. Но то, что такой комплекс мер нужно применять без промедления, понятно всем, кто работает на земле.
Владимир Францкевич
При подготовке статьи использована информация Future Farming, Precision Ag, Курганской сельхозакадемии, Ростсельсмаш.
Источник