Обработка почвы и дифференциация пахотного слоя по плодородию

16-03-2014, 18:53
Главным вопросом теории обработки почвы, которая вызывает споры, является обоснование оборачивания пахотного слоя почвы.
Оборот пахотного слоя почвы человеком производится с древнейших времен, и в настоящее время в большинстве стран мира применяется этот прием - вспашка. Сегодня, как и со времен французского фермера Жана, немецкого ученого Авенбаха, американца Фолькнера и нашего агронома Овсинского, ведутся споры о безотвальной и отвальной, мелкой и глубокой обработке почв под однолетние культурные растения. Особо масштабные рекомендации ученых о применении безотвальных (плоскорезных) обработок в нашей стране появляются в последние 40-50 лет в связи с освоением целинных и залежных земель на равнинных просторах, где начала действовать разрушительная сила природы - ветровая эрозия почв.
Значение сохранения на поверхности пашни растительных остатков для защиты почв от ветровой эрозии и накопления снега общеизвестно и не может дискутироваться, а вот по теоретическому обоснованию отвальной и безотвальной, глубокой и мелкой обработок в науке разные подходы.
Основные факторы, влияющие на эффективное плодородие почв являются накопление и испарение почвенной влаги в засушливых регионах, изменения строения пахотного слоя (объемной массы), регулирование произрастания сорных растений, питательного режима растений, направления биологических процессов круговоротов веществ в пахотном слое почвы и отсюда накопления и расходования основного фактора плодородия почвы - содержание органического вещества и гумуса.
Агрономической наукой установлено, что за вегетационный период происходит дифференциация пахотного слоя почвы по плодородию. Поэтому при теоретическом обосновании систем обработки почвы на полях севооборота необходимо учитывать это явление и особенно при выборе технологических операций: оборачивание, перемешивание, глубина обработки и т.д.
Поколения практических агрономов советского периода и многие в современной России еще и сейчас представляют дифференциацию пахотного слоя почвы по плодородию. По гипотезе В.P Вильямса, верхние слои почвы под воздействием внешних факторов (вода, температура, рабочие органы сельскохозяйственных машин) теряют структуру, то есть обесструктуриваются, распыляются. При этом происходит изменение в направлении микробиологической деятельности почвы, где преобладают анаэробные процессы над аэробными, что снижает доступность питательных веществ к растениям.
Кроме того, по его мнению при распылении почвы резко ухудшается водопроницаемость почвы и усиливается капиллярный подток влаги к поверхности, что ускоряет процесс испарения воды из нее.
В.Р. Вильямс утверждал, что в нижних слоях почвы, где располагается большая часть корней, в результате их деятельности восстанавливается структура почвы, и потому, чтобы поддержать или улучшить эффективное плодородие почвы, нужно ежегодно производить так называемую «культурную» вспашку почвы на глубину 20-22 см, то есть оборачивать ее.
Эта концепция вплоть до 60-70-х годов XX века в нашей стране являлась теоретической основой обработки почвы, хотя в науке были известны совершенно противоположные факты о том, что, наоборот, после определенного периода (после вегетации) верхние слои почвы оказываются более плодородными, чем нижние, где лучше развивается корневая система растений и что изменение структурности почвы не оказывает существенного влияния на плодородие почвы.
Еще академик Н.М. Тулайков, основываясь на результаты своих исследований, пришел к выводам, что восстановление структуры почвы путем посева трав является в высшей степени спорным, и значение структуры почвы переоценивается.
Дж. Кук, ссылаясь на Джека, пишет, что структура почвы является конечным результатом природных процессов образования и развития почвы. И в Англии не было получено никаких практических и теоретических доказательств тому, что непрерывное интенсивное полеводство способно настолько разрушить почвенную структуру, что они становятся бесплодными.
К.И. Балтян, И.У. Бахтин, В.Н. Димо, К.С. Хвыля по результатам исследований количества и качества структуры пахотного слоя дерново-подзолистых почв пишут, что в противоположность утверждениям В.Р. Вильямса, более прочная структура обнаруживается в верхней, чем в нижней, частях пахотного слоя почвы и что независимо от состояния структуры почвы высокое плодородие ее возможно только при условии оборачивания пахотного слоя.
Между тем агрономической науке известно, что дифференциацию пахотного слоя почвы по плодородию впервые в России обнаружил В.И. Сазонов, а более детальные экспериментальные исследования по определению этого процесса провели А.Н. Лебедянцев, Л.Н. Барсуков, Б.Ц. Францессон и многие другие исследователи на различных типах почв и в разных регионах страны. Нужно сказать, что все вышеуказанные авторы приходят к выводу, что верхние части пахотного слоя к концу вегетации находятся в более плодородном состоянии, чем нижние части, которое выражается в сравнительно большем содержании питательных веществ, особенно азота и фосфора, а также активностью нитрификационной деятельности.
В условиях Северного Казахстана и Сибири плодородие разных частей пахотного слоя изучали А.А. Зайцева, И.Н. Охинько и Ю.Б. Мощенко, которые также подтвердили о более лучшем обеспечении питательными веществами верхних слоев почвы, чем нижних.
Знание дифференциации пахотного слоя почвы по плодородию в засушливых экстремальных условиях Забайкалья, где гумусный горизонт почв укороченный, имеет важное значение, если не решающее, для разработки научно обоснованной системы обработки почвы и приемов эффективного использования ограниченного почвенно-климатического потенциала, сохранения и восстановления плодородия почв.
Наши исследования также показали, что в условиях Бурятии за вегетационный период происходит глубокая дифференциация пахотного слоя почвы по плодородию, и после одногодичной плоскорезной обработки (за две вегетации) плодородие верхнего слоя (0-12 см) становится почти в два раза выше по сравнению с нижележащим слоем (12-20 см), а при повторной безотвальной обработке отмечается дальнейшая дифференциация по этому показателю (табл. 209).
 Обработка почвы и дифференциация пахотного слоя по плодородию

Перемешивание почвы пахотного слоя (вариант ежегодная вспашка и слой 0-20 см по плоскорезным обработкам) способствует улучшению плодородия нижнего слоя (1.3 и 3.92 г/сосуд) и некоторому снижению разнокачественности различных частей пахотного слоя. Эти опыты также показывают, что различные слои почвы, взятые на целине (рядом с полем), также обнаруживают разное плодородие, но степень дифференциации несколько меньше, чем при выращивании зерновых культур на старовспашке, и особенно эта разница возрастает во влажные годы, каким являлся 1973 год.
По-видимому, естественные травы в силу их биологических особенностей сравнительно лучше используют питательные вещества верхних горизонтов почвы.
Результаты проведенного эксперимента свидетельствуют о том, что иллювиальный горизонт (20-30 см) каштановых почв Бурятии имеет удовлетворительное плодородие, хотя здесь содержится минимальное количество гумуса. В связи с этим нужно отметить, что многие специалисты возражают против вовлечения в пахотный слой этого горизонта путем глубокой вспашки. Это, по нашему мнению, является стереотипом мышления, исходящее от учения обработки подзолистых и солонцовых почв, где окисленный и солонцовый горизонты при перемешивании или выворачивании наверх могут ухудшить рост и развитие растений. А в наших же почвах реакция почвы этого слоя, как правило, нейтральная или близка к ней и, как видно из опыта, достаточно плодородна, поэтому необходимо использовать приемы для активного участия этого слоя для формирования продукции. Этот вывод полностью подтверждается многолетними нашими исследованиями, когда глубокая вспашка почвы ведет к улучшению роста и развитию растений.
Степень дифференциации пахотного слоя почвы по плодородию после возделывания пшеницы и овса в 1991 г. также определяли на стационаре Бурятского НИИСХ.
Результаты этого эксперимента, приведенные в таблице 210, подтверждают ранее полученные нами данные, и в этом случае плодородие верхних слоев почвы на 44,4 и 37,8% больше, чем нижних слоев. Кроме того, из указанного опыта следует, что после выращивания пшеницы почва дифференцируется по плодородию более глубже, чем после овса. Это, по-видимому, объясняется тем, что пшеница формирует урожай в основном за счет первичных корней, так как в период кущения и выхода в трубку здесь, как правило, отмечается засуха, и образование вторичной корневой системы не происходит. Первичные (зародышевые) корни извлекают питательные вещества только из почвы ниже глубины заделки семян (ниже 7-8 см). Овес же, как позднефуражная культура, высевается ближе к летним дождям и в большинстве случаев формирует вторичную корневую систему. В этом случае питательные вещества верхних слоев почвы используются больше, чем пшеницей.
 Обработка почвы и дифференциация пахотного слоя по плодородию

Общая низкая продуктивность пшеницы после овса по сравнению после пшеницы объясняется тем, что почва после овса взята на 3-м поле, а почва после пшеницы из 2- го поля севооборота: пар - пшеница - овес на зерно - овес на сенаж.
По каким же показателям дифференцируется плодородие различных частей пахотного слоя? Многие исследователи отмечают, что в верхних частях пахотного слоя по сравнению с нижними обнаруживается большее содержание доступных форм фосфора и азота и более интенсивнее происходит нитрификационная деятельность. Для более детального изучения степени дифференциации по содержанию питательных веществ легких малогумусных каштановых почв Бурятии мы провели специальные исследования. Для этого на стационарных опытах, заложенных в 1972 году по изучению различных систем обработки почвы в полевом севообороте с вариантов ежегодной плоскорезной обработки, отбирали почвенные образцы с различных глубин в шестикратной повторности после пшеницы по пару и овса на сенаж (корм), размещенного после овса на зерно, где определяли содержание нитратного и аммиачного азота, легкогидролизуемого азота (по Тюрину и Кононовой) и нитрификационную деятельность почвы, результаты которых представлены в таблицах 211, 212, 213.
 Обработка почвы и дифференциация пахотного слоя по плодородию

Эти исследования показывают, что при плоскорезной обработке (20 лет) обнаруживается некоторая тенденция большего присутствия доступных форм азота (нитратный и аммиачный) в верхних слоях почвы.
 Обработка почвы и дифференциация пахотного слоя по плодородию

Более существенные отличия различных прослоек почвы отмечаются по содержанию легкогидролизуемого азота и нитрификационной деятельности почвы. Так, содержание легкогидролизуемого азота после пшеницы по пару содержится достоверно больше, чем в нижнем, а после овса по пшенице (третье поле севооборота) содержание его несколько сглаживается в различных частях почвы (табл. 212).
Так, в верхнем 0-10 см слое почвы легкогидролизуемого азота после пшеницы по пару содержится на 17,1 процента больше, чем в слое 10-20 см, а после овса по пшенице - 7,1 процента.
 Обработка почвы и дифференциация пахотного слоя по плодородию

Считается, что легкогидролизуемый азот в почве является наиболее доступным источником накопления нитратов за счет жизнедеятельности микроорганизмов - нитрификаторов. Это полностью подтверждают приведенные в таблице 213 цифры, когда через 14 дней компостирования в почве в верхнем 0-10 см слое на 80-51 процент больше нитратов, чем в почве из слоя 10-20 см.
При этом как и в случае с легкогидролизуемым азотом нитрификационная способность почвы после пшеницы по пару лучше, чем после овса на сенаж, то есть чем дальше поле севооборота от пара, тем ниже эффективное плодородие почвы.
Таким образом, прямое определение содержания в почве доступного азота, который является основным питательным элементом, лимитирующим продуктивность растений, показывает, что поверхностные слои почвы (0-10 см) находятся в более лучшем состоянии по обеспечению азотом, и основная часть его содержится в легкогидролизуемой форме, а не в минеральной, то есть дифференциация пахотного слоя легких каштановых почв Бурятии происходит, главным образом, по содержанию легкогидролизуемого азота и отсюда по степени нитрификационной способности.
Многочисленными наблюдениями ученых установлено, что рост и развитие корневых систем сельскохозяйственных культур во многом зависят от строения пахотного слоя и подпочвенных горизонтов, а также от концентрации и наличия в них питательных веществ, увлажненности почвогрунта, реакции среды и т.д.
При разных приемах (отвальной, безотвальной, поверхностной и т.д.) обработки взаимное расположение различных слоев почвы или не нарушаются, или существенно перестраиваются, или смешиваются. При этом изменяются сложение почвы и содержание питательных веществ в различных слоях почвы. Последнее очень важно учесть на маломощных почвах, где происходит глубокая дифференциация пахотного слоя по плодородию. Все эти изменения оказывают влияние на формирование корневой системы растений.
В агрономической литературе о влиянии различных способов обработки почвы на рост и развитие корневой системы культурных растений имеется много материалов. Так, П.А. Генкель и его сотрудники изучали корневую систему яровой пшеницы на опытных полях TC. Мальцева в колхозе «Заветы Ильича» и по результатам исследований пришли к выводу о том, что новая (безотвальная) система обработки почвы в условиях Шадринского района обусловливает большие сдвиги в развитии корневой системы, корневого питания, водного режима и засухостойчивости яровой пшеницы. По данным по безотвальной обработке а также по лущевке, наибольшее развитие корневой системы происходит в верхних частях пахотного слоя почвы. Например, по данным авторов, в слое почвы 0-20 см по отвальному пару приходилось 65 % корней (сухой вес), а безотвальному глубокому пару в слое 0-16 см содержалось 72,7% и по дискованию (лущевые) в слое 0-8 см так же 72,7% от общей массы корней.
Эти исследования подтвердили высказывания T.C. Мальцева на всесоюзном совещании в колхозе «Заветы Ильича» 7-10 августа 1954 года о том, что при новой системе обработки почвы свыше 50% корней располагаются в горизонте 0-10 см, в то время как на обычной зяблевой вспашке количество их в этом слое составляет 31%.
Поверхностное расположение корневой системы культур при безотвальной обработке почвы отмечается во многих работах, проведенных в различных почвенно-климатических зонах.
Поверхностный характер корневой системы зерновых культур по плоскорезным обработкам почвы академик А.И. Бараев считает положительным фактором, позволяющим более полно использовать растениями летние осадки.
Однако преимущественно поверхностное распространение корневой системы зерновых культур не везде и не всегда улучшает условия произрастания растений. Так, по данным некоторых авторов, расположение основной массы корней в поверхностных слоях почвы по безотвальной обработке в условиях засухи, когда этот слой пересыхает, отрицательно сказывается на продуктивности растений.
В связи со сказанным нужно отметить, что классики агрономии и современные исследователи считали глубокое распространение корневой системы растений в почве одним из основных факторов повышения их продуктивности, и для этого необходима глубокая обработка почвы: углубление пахотного слоя теми или иными приемами.
В экстремальных условиях Сибири рост и развитие корневой системы зерновых культур при разных системах обработки почвы изучали в СибНИИЗхозе в 1954-1955 гг. и обнаружили, что по глубокой безотвальной обработке по методу T.C. Мальцева корневая система зерновых культур до 50-60 % располагается в верхнем 0-10 см слое почвы, тогда как по обычной отвальной вспашке на этот слой почвы приходится лишь 40 % всех корней, при этом также отмечены большой рост и развитие корней, и в слое 0-40 см до 15 % больше корневой массы на безотвальных вариантах, чем на отвальных.
С.С. Сдобников и его сотрудники в период освоения целинных земель в засушливых условиях Северного Казахстана изучали корневую систему пшеницы в зависимости от способов обработки почвы и размещения питательных веществ в различных частях пахотного слоя почвы. Прежде всего ими была подтверждена глубокая дифференциация пахотного слоя почвы по плодородию, когда после первого года вегетации плодородие верхнего слоя (0-8 см) по урожаю пшеницы было выше в 1,49 раза, чем слоя 12-20 см, а при ежегодной безотвальной обработке этот процесс еще усугублялся, и на 6-й год верхние слои почвы были в 4,19 раза плодороднее нижних. Корневая система пшеницы по безотвальным обработкам преимущественно развивалась в верхних частях пахотного слоя почвы, а когда вносились удобрения на разные глубины, то больший рост и формирование корней происходили в зоне наибольшего расположения питательных веществ и, как отмечает С.С. Сдобников «удобрениями и обработкой почвы в известной мере можно управлять процессами формирования корневой системы».
В предшествующих работах мы отмечали, что способы обработки почвы оказывают существенное влияние как на общий рост корней яровой пшеницы, так и на распределение их в пахотном слое как по пару, так и по второй культуре по весновспашке. При этом по отвальной обработке пшеница развивает относительно мощную корневую систему, которая более равномерно распределена в пахотном слое почвы. По плоскорезным же обработкам наблюдается некоторая тенденция лучшего развития корней в верхней части пахотного слоя по сравнению с отвальной обработкой, особенно это выражено при повторном посеве.
В таблице 214 приводятся данные определения корневой системы пшеницы, овса на зерно и овса на сенаж с применением минеральных удобрений в дозе азота 60 кг и фосфора 20 кг д.в. на 1 га и без применения их в полевом севообороте: пар - пшеница- овес на зерно - овес на сенаж.
Анализ их свидетельствует, во-первых, о том, что у овса формируется более мощная корневая система, чем у пшеницы, хотя последняя возделывается по чистому пару. Это связано с тем, что овес на зерно высевается в конце мая месяца, на 15-20 дней позже пшеницы и ближе к срокам выпадения летних осадков, а посев на сенаж - в конце июня месяца, перед началом летних дождей, в этом случае лучше развивается корневая система. Здесь масса корневой системы овса на зерно и сенаж без внесения удобрений больше, чем пшеницы, соответственно, по отвальной обработке на 19,2 и 48%, по плоскорезной - 15,6 и 47,2%, при внесении удобрений по отвальной - на 3,2 и 31,9%, по плоскорезной - 2,6 и 32,6%.
Во-вторых, как известно, существенное влияние на формирование корней оказывает обеспеченность почвы доступными элементами пищи. Так, при внесении минеральных удобрений общая масса корней в слое 0-30 см увеличивается у пшеницы по отвальной обработке на 35,5%, у овса на 17,3%, а также у овса при посеве на сенаж на 20,7%, по плоскорезной обработке соответственно на 39,0%, 23,4% и 25,5%.
При этом пшеница, несмотря на размещение ее по пару, в большей степени реагирует на внесение удобрений, чем овес. Это связано, вероятно, с тем, что в первой половине вегетации пшеницы отмечается засушливый период, и при дополнительном обеспечении питательными веществами она более продуктивно использует запасы почвенной воды, хотя общая масса корней пшеницы, как отмечено выше, меньше, чем у овса.
В целом большая часть корней у зерновых культур развивается в верхнем 0-10 см слое почвы, и при этом по плоскорезным (безотвальным) обработкам отмечается тенденция большего роста их в этом слое, чем по отвальной (вспашке). Это обусловлено, по-видимому, дифференциацией пахотного слоя почвы по плодородию, когда верхние слои более богаты питательными веществами, чем нижние.
По отвальной обработке отмечается сравнительно равномерное распространение корневой системы по профилю почвы, особенно у пшеницы, когда не вносятся удобрения.
 Обработка почвы и дифференциация пахотного слоя по плодородию

Известно, что на распространение корневой системы также влияет плотность сложения почвы, и это подтверждают цифры таблицы 215, где при мелкой плоскорезной обработке (на 10-12 см) снижается масса корней, особенно у пшеницы, без применения удобрений, а при глубокой плоскорезной обработке до 30 см общая масса корней зерновых культур не уступает таковой по отвальной обработке. Следовательно, здесь определяющую роль оказала плотность сложения почвы.
Продуктивность зерновых культур зависит не только от роста и развития общей корневой системы, но и от формирования и деятельности вторичных (узловых) корней, которые начинают использовать питательные вещества с поверхностных слоев почвы - 2-3 см.
Многие авторы, изучавшие рост и развитие корневой системы зерновых культур, пришли к выводу, что наивысший урожай их возможен при мощном развитии как узловых, так и зародышевых корней и что в нормальные по увлажнению годы роль их в создании урожая приблизительно равноценна, а во влажные годы преимущество остается за узловыми корнями, а в засушливых условиях зерновые культуры могут вызревать и дать урожай исключительно на зародышевых корнях.
Вторичное укоренение или образование узловых корней у зерновых культур начинается с фазы кущения, и при благоприятных условиях увлажнения они достигают таких же размеров, как и зародышевые (первичные), но в условиях Бурятии из-за постоянного дефицита влаги в почве в первой половине лета у яровой пшеницы в большинстве сезонов не наблюдается образования их до летних дождей, то есть основные фазы роста и развития, когда закладываются генеративные органы (кущение, трубкование), проходят за счет питательных веществ, извлекаемых первичными корнями, которые распространяются в почве ниже глубины заделки семян - 7-8 см, и отсюда часто урожай пшеницы формируется, в основном, за счет материнских побегов (основного стебля) и зародышевых корней. Так, коэффициент продуктивной кустистости пшеницы в наших опытах по пару в среднем за 1982-1988 гг. составил 1,27, в опытах лаборатории селекции Бурятского НИИСХ -1,16 (рис.4).
 Обработка почвы и дифференциация пахотного слоя по плодородию

По-другому складываются условия увлажнения почвы при возделывании овса на зерно и особенно при посеве его под летние дожди на корм-сенаж и сено. При этом у этой культуры наблюдается лучшее развитие узловых корней, чем у пшеницы.
Результаты наших определений роста зародышевых и узловых корней пшеницы и овса приведены в таблице 215.
Так, на рисунке, сделанном нами в 1991 г., наглядно видно, что у растений пшеницы (крайние слева) не образовались узловые корни, а первичная корневая система распространяется ниже глубины заделки семян; у овса, посеянного на зерно в третьей декаде мая месяца, частично, но более лучше образовались узловые корни, а при посеве его под летние дожди развилась мощная вторичная корневая система (крайние справа) с глубины 1-2 см от поверхности почвы. Отсюда от роста и развития вторичной корневой системы можно оценить участие питательных веществ из различных слоев почвы в формировании урожайности зерновых культур.
 Обработка почвы и дифференциация пахотного слоя по плодородию

У пшеницы масса зародышевых корней составляет около 60% от всех корней, у овса при посеве на зерно больше половины массы (61%) корней приходится на узловые корни, а при летнем посеве его доля последних составляет уже 73,1%.
Нужно отметить, что у пшеницы в конце вегетации, как отмечали выше, обнаруживается образование узловых корней, но они уже не оказывают существенного влияния на общую ее продуктивность.
Многолетние наши исследования свидетельствуют о том, что формирование и степень развития зародышевых и узловых корней на маломощных и бедных гумусом почвах в решающей степени определяют продуктивность зерновых культур по различным приемам их обработки.
Таким образом, характер и интенсивность роста и развития корневых систем зерновых культур в условиях Бурятии по различным приемам обработки почвы и срокам посева (ранних и поздних зерновых) в общем подтверждают результаты исследований и в других почвенно-климатических зон страны.

  • Обработка почвы после непаровых предшественников
  • Теоретическое обоснование обработки почвы в Бурятии
  • Удобрение и обработка почвы
  • Гумусированность почвы при различных ее обработках
  • Лабильные формы органического вещества
  • Гумусное состояние каштановых почв при их сельскохозяйственном использовани ...
  • Биологическая активность почвы при ее обработке и в севооборотах
  • Водно-физические свойства
  • Формирование вторичной корневой системы пшеницы
  • Корневая система пшеницы

  • Министерство сельского хозяйства Российской Федерации

    Министерство сельского хозяйства Оренбургской области

    Правительство Оренбургской области

    Визитка компании - сайт компании

    Ильинка





    Юг Агро Акцент

     

    • Рейтинг@Mail.ru
    • Яндекс.Метрика
    • Индекс цитирования