Причины и последствия уплотнения почвы, пути решения проблемы
В результате неоднократного передвижения машин по полю происходит значительное переуплотнение почвы, которое распространяется на большую глубину (до 100 см), а машинные «следы» покрывают до 80 % поля. Под влиянием тяжелой техники плотность почвы возросла к настоящему времени на 20-40 %.
Оптимальная плотность почвы (объемная масса) составляет 1,1 г/см 3 . Колеблется же она у минеральных почв от 1,0 до 1,8 г/см 3 , а у почв с невысоким содержанием гумуса от 1,3 до 1,6 г/см 3 . Под воздействием ходовых систем сельскохозяйственной техники плотность суглинистых почв, оптимальное значение которой составляет 1,0-1,2 г/см 3 , повышается на 0,1-0,3 г/см 3 и более, достигая 1,35-1,7 г/см 3 , а объемная масса нижних горизонтов почв с плотным сложением – 1,6-1,8 г/см 3 . Плотность пахотного слоя варьирует в широких пределах – от 0,8 до 1,6 г/см 3 .
Серьезным последствием уплотнения почвы является увеличение ее удельного сопротивления. Удельное сопротивление почвы – наиболее важная механическая характеристика, которая в значительной степени зависит от переуплотнения почвы различными движителями и ходовыми системами. Оно соответствует усилию, затрачиваемому на подрезание пласта, его оборот и трение почвы о рабочую поверхность орудия.
При переуплотнении ухудшается крошение почвы. Пашня становится глыбистой, что приводит к неравномерной заделке семян, снижению их полевой всхожести, а в итоге – к значительному недобору урожая. Высокая плотность почвы обусловливает резкое ухудшение ее физико-химических и агрофизических свойств. Уплотненные почвы оказывают большое сопротивление проникновению в них корневых систем растений, в таких почвах ухудшается водно-воздушный и питательный режимы, развиваются эрозионные процессы.
Меры по снижению уплотнения почв включаюторганизационно-технологические мероприятия, агротехнические приемы по повышению устойчивости почв к уплотнению и их разуплотнению, совершенствование сельскохозяйственной техники, ее ходовых систем с доведением давления на почву до допустимых значений.
Организационно-технологические мероприятия предусматривают разработку и внедрение технологий возделывания сельскохозяйственных культур с минимальным проходом по полям тяжелой колесной техники (совмещение операций). Особенно актуально снижение числа технологических операций при возделывании технических культур, кукурузы на зерно, картофеля и овощей, когда почва испытывает наибольшую нагрузку как в процессе посева (посадки) и ухода за культурами, так и при их уборке.
К агротехническим приемам относятся окультуривание почв и повышение содержания в них гумуса.
Для разуплотнения почв применяют рыхление, в том числе и орудиями с активными рабочими органами (фреза и др.), пахотного и подпахотного слоев (чизели, глубокорыхлители). Сочетание рыхления с внесением органических удобрений и кальцийсодержащих веществ приводит к значительному снижению негативных последствий машинной деградации почв.
Важно, чтобы на полях работали только такие механизмы, давление движителей которых на почву не превышает 0,1 МПа, поэтому лучше использовать гусеничные движители или колесные с эластичными шинами, давление которых на почву составляет соответственно 80-100 и 30-60 кПа.
Энергосберегающей технологией при минимальной обработке почвы предусмотрено использование комбинированных машин, позволяющих выполнять несколько технологических операций за один проход.
Источник
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
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