Изменение плотности дерново-подзолистой почвы под действием разноглубинных приемов обработки на эрозионно опасном агроландшафте

Размещено на http://www.allbest.ru

Размещено на http://www.allbest.ru

Экспериментальная работа проводилась с 1995 г. по 2009 г. в стационарном полевом опыте «Разработка научных основ защиты почв от эрозии на склоновых землях в адаптивно-ландшафтном земледелии Нечерноземной зоны РФ» (М-01-18-ОП). Опыт заложен на трансэлювиальном ландшафте осенью 1980 г. профессором И.С.Кочетовым на поле западнее поселка Конаково методом организованных повторений. Опыт стационарный двухфакторный. На делянках первого порядка изучаются обработки почвы (фактор А), второго порядка - рельеф (фактор В). При закладке опыта первоначально условно были выделены два фактора склонов с уклонами 4° и 8°. Инструментальная съемка, проведенная нами, показала, что уклоны юго-западной экспозиции составляют 2-5° и 5-7° (табл. 1).

Таблица 1. Изучаемые факторы в полевом стационарном опыте

Для сравнения противоэрозионной эффективности разноглубинных приемов была разработана система основной обработки почвы под культуры почвозащитного севооборота.

Вспашка (отвальная), контроль - лущение на глубину 8-10 см, вспашка на 20-22см.

2) Вспашка со щелеванием - лущение на глубину 6-8 см, вспашка на 20-22 см, щелевание ПЩН-3-35 - на 38-40 см. Нарезание щелей проводили при устойчивом промерзании почвы на глубину 3-5 см.

3) Плоскорезная усиленная щелеванием - лущение на глубину 6-8 см, плоскорезная обработка на 20-22 см, щелевание ПЩН-3-35 - на 38-40 см.

4) Плоскорезная с одновременным чизелеванием - лущение на глубину 6-8 см, плоскорезная обработка на 20-22 см с чизелеванием на 38-40 см.

5) Поверхностная со щелеванием - лущение на глубину 6-8 см, щелевание ПЩН-3-35 - на 38-40 см.

6) Поверхностная - лущение на глубину 6-8 см.

На опытном участке развёрнут зернотравяной почвозащитный севооборот во времени: 1. овёс 2. ячмень с подсевом многолетних трав 3. многолетние травы 1-го г.п. 4. многолетние травы 2-го г.п. на 1 укос - 5. озимая пшеница.

Почвенный покров участка характеризуется широким развитием процессов водной эрозии и представлен сочетанием дерново-подзолистых почв с преобладанием слабо- и среднесмытых. В соответствии с характером рельефа встречаются сильносмытые почвы, а в нижних частях выположенных склонов намытые разности дерново-подзолистых почв. В соответствии со степенью проявления эрозионных процессов участок характеризуется значительной пестротой плодородия почв, которая в отдельных случаях сопровождается изменением гранулометрического состава верхнего слоя от среднего до тяжелого суглинка [1].

Значительный вред сельскохозяйственному производству в Нечерноземной зоне наносит водная эрозия, поскольку только эрозионно опасных и эродированных земель свыше 10 млн. га. Под воздействием эрозионных процессов происходит разрушение и смыв верхнего слоя почвы и формирование почв с худшими агрофизическими, агрохимическими и биологическими показателями [2, 3].

Определение агрофизических показателей плодородия является одной из важнейших составляющих агроэкологической оценки почвы, где одно из первостепенных значений отводится плотности. Без знания этой величины невозможны никакие расчеты, никакая количественная оценка почв. Поэтому данные по плотности и порозности почвенных слоев и горизонтов обязательно сопровождают полную характеристику почвенного профиля [4].

Уплотняющим дефолиациям под воздействием сельскохозяйственной техники подвержены все почвы, но особенно сильно страдают суглинистые и глинистые. За счет минимализации реализуется принцип ресурсосбережения и снижается техногенная нагрузка на почвенный покров.

Теоретической основой применяемых систем обработки в адаптивно-ландшафтном земледелии служат требования сельскохозяйственных культур к плотности сложения почвы, мощности пахотного слоя, структурному и гранулометрическому составу и другим свойствам, от которых зависят влагообеспеченность растений и продуктивность возделываемых культур [5].

Плотность почвы изменчива в пространстве и во времени, особенно в верхних горизонтах, подвергающихся постоянному воздействию климатических, биологических и антропогенных факторов. Как переуплотнение, так и взрыхленность почвы оказывают негативное влияние на продуктивность полевых культур в связи с ухудшением водно-воздушного режима.

В годы проведения исследований плотность почвы изменялась под действием природных и антропогенных факторов. В отдельные годы исследований затяжные дожди в период проведения основной обработки почвы и во время вегетации культур способствовали заметному уплотнению. Кроме этого, в связи с заметным потеплением холодного сезона перестал работать эффект промерзания-оттаивания, который улучшал общее структурное состояние и, как следствие, снижал плотность почвы. В уплотненной почве снижалась активность почвенной биоты, что приводило к заметному ухудшению роста и развития растений.

Эти негативные явления в последующем оказали неблагоприятное воздействие на динамику плотности почвы в течение вегетации полевых культур (табл. 2).

Таблица 2. Действие противоэрозионных разноглубинных приемов обработки на плотность корнеобитаемого слоя почвы под культурами почвозащитного севооборота (слой 0-40 см)

Так, во время вегетации овса плотность сложения пахотного слоя почвы в среднем за вегетацию была на 0,1-0,2 г/см3 выше оптимальной. Это связано с небольшой глубиной промерзания почвы (менее 20 см) и частыми оттепелями в осенне-зимний период. В этих условиях отсутствовал эффект разуплотнения под действием промораживания и оттаивания и проявлялось уплотняющее действие гравитационных сил влаги, фильтрующейся при оттепелях.

Уплотняющее воздействие почвообрабатывающих агрегатов в весенний период при предпосевной подготовке во многом нивелировали различия в плотности сложения почвы по изучаемым вариантам.

Плотность корнеобитаемого слоя почвы на склоне крутизной 5-7 0 варьировала в пределах 1,47-1,51 г/см3. Уплотнение почвы, в основном, вызвано ливневым характером осадков в начале и середине вегетации и сильным иссушением ее верхнего слоя в конце вегетационного периода.

В среднем за вегетацию наибольшая плотность почвы отмечалась на варианте вспашки (1,51 г/см3), наименьшая - при плоскорезной с чизелеванием и поверхностной обработкой (1,47 г/см3). Это обусловлено влиянием последействия чизелевания и меньшим воздействием обрабатываемых агрегатов на почву.

На склоне крутизной 2-5 более рыхлое сложение слоя 0-40 см (1,43 г/см3) отмечено на варианте поверхностной обработки в сочетании со щелеванием. Это связано с уменьшением механического воздействия на почву. На вспашке, как и на склоне крутизной 5-7 0, зарегистрировано максимальное значение плотности - 1,46 г/см3.

С увеличением крутизны склона плотность сложения почвы возрастала незначительно - на 3-5 %.

В условиях опыта при возделывании ячменя с подсевом многолетних трав существенных колебаний плотности почвы не отмечено.

В среднем за 3 года плотность сложения корнеобитаемого слоя почвы составляла 1,40-1,49 г/см3. На контрольных вариантах обоих склонов почва уплотнялась существенно меньше, чем с применением почвозащитных приемов обработки. Так, на склоне крутизной 5-7 0 максимальная плотность была на плоскорезной обработке в сочетании с чизелеванием - 1,49 г/см3, что на 2% выше, чем на контроле. Это связано с размыванием поверхностного слоя почвы, илистая фракция которого мигрирует из верхнего слоя почвы вниз по профилю по разрыхленным зонам от следа лап безотвальных орудий.

На склоне крутизной 2-5 уплотнение почвы на вариантах безотвальных противоэрозионных приемов обработки в пахотном слое повышалось незначительно. Выявлено заметное уплотнение почвы при проведении щелевания. Щели усиливают фильтрацию воды за счет гравитационных сил, которые обусловливают увеличение плотности почвы.

С увеличением крутизны склона плотность сложения почвы возрастала незначительно - на 2-3 %.

Во время вегетации озимой пшеницы в целом наблюдались такие же тенденции. Однако проявилось положительное разуплотняющее действие противоэрозионных приемов, что связано с более качественным проведением основной обработки почвы.

Исследования, проведенные в период вегетации многолетних трав, показывают, что наиболее благоприятное влияние на сложение как пахотного (0-20 см), так и подпахотного (20-40 см) слоев почвы оказывали клеверо-злаковые смеси 1 года пользования. Это связано с уменьшением уплотняющего воздействия осадков, так как почва в течение всего периода их роста и развития была закрыта растениями, а также с разрыхляющим действием мощно развитой мочковатой системы злаковых компонентов и глубоко проникающей стержневой - клевера красного. Так, при благоприятных климатических условиях (1998 год) значения плотности составляли 1,10-1,16 г/см3. Однако в острозасушливых условиях 2007 года плотность почвы увеличилась до 1,41-1,55 г/см3.

В среднем за 3 года плотность сложения в корнеобитаемом слое на склоне крутизной 5-7 0 варьировала в пределах 1,34-1,40 г/см3.Безотвальные обработки имели существенное преимущество перед отвальными. Противоэрозионные приемы снижали плотность на 4-5 %. Самые низкие значения были отмечены на фоне поверхностных обработок.

Такая же тенденция наблюдалась и на склоне 2-5. С увеличением крутизны склона плотность сложения почвы возрастала на 3-7 %.

Ко 2 году использования многолетних трав плотность почвы возрастает по всем вариантам обработки почвы в среднем на 10-15 %.

Таким образом, по влиянию на сложение почвы культуры зернотравяного севооборота можно расположить в следующей убывающей последовательности: многолетние травы > озимая пшеница > овес.

В целом, нашими исследованиями установлено, что в годы с аномальными условиями плотность сложения почвы в меньшей степени зависела от способов обработки и крутизны склона, а в большей - от осенне-зимнего периода (рис. 1).

Рис. 1. Динамика изменения плотности почвы (г/см3) на склонах различной крутизны в годы исследований

Выявлена тенденция повышения плотности почвы с увеличением крутизны склона. Эти различия сохранялись как в пахотном, так и подпахотном слоях почвы.

Таким образом, уплотнение как пахотного слоя, так и подпахотного, -неблагоприятные явления, неизменно сопровождающие интенсивное сельскохозяйственное производство. Вернуть же почву в прежнее состояние весьма затруднительно. С этим связан важный аспект проблемы - разуплотнение почвы.

Разуплотняющее действие поверхностных приемов обработки почвы отмечено практически на всех категориях агроландшафта (табл. 3, 4). Исключение составляет сложный вогнутый склон крутизной 2-5, где плотность почвы выше по сравнению с другими вариантами обработки.

Проведение отвальных обработок приводило к существенному уплотнению корнеобитаемого слоя почвы, особенно четко это выражено на покатом склоне крутизной 3-5, где плотность почвы на 0,33 г/см3 выше, чем на поверхностных, и на 0,11 г/см3 - на плоскорезных обработках. Глубокое рыхление на 38-40 см по фону плоскорезной обработки почвы оказывало разуплотняющее действие на выпуклом склоне крутизной 5-7 0 (ЭПА 1), а на вогнутом склоне крутизной 3-5 0 увеличивало плотность почвы по сравнению со вспашкой на 6%, поверхностной обработкой - на 10%.

Таблица 3. Роль противоэрозионных обработок в разуплотнении корнеобитаемого слоя почвы на различных рельефах склонового агроландшафта, г/см3

Таблица 4. Статистическая характеристика плотности почвы (г/см3)

В целом плотность почвы на всех категориях агроландшафта при проведении почвозащитных приемов обработки была далека от равновесной плотности, которая составляет 1,21 г/см3.

Это еще раз подчеркивает необходимость соблюдать при проектировании системы обработки почвы в севообороте принцип разноглубинности с учетом особенностей склонового агроландшафта.

До недавнего времени сельскохозяйственное угодье рассматривалось как единое целое для проведения всех полевых работ. Однако даже на отдельно взятом поле в той или иной степени существует пространственная неоднородность агрофизических свойств, обеспеченности питательными веществами почвы, горизонтальная пятнистость распределения сорняков и болезней и т.п.

Пространственная неоднородность почвенных свойств представляет интерес в связи с развитием ландшафтного и «точного» земледелия, которые базируются на учете особенностей территории и изменчивости почвенных свойств в пространстве [6, 7].

Плотность почвы обладает значительной пространственной изменчивостью и варьирует от точки к точке в пределах одного повторения. Закономерности ее пространственной изменчивости представлены на картограммах (рис. 2).

Рис. 2. Картограммы пространственного распределения плотности почвы (г/см3)

противоэрозионный плодородие почвенный

Первое повторение в целом характеризуется относительной выравненностью по уплотнению на всех склонах. На втором повторении плотность заметно выше. Третье повторение отличается контрастностью в зависимости от величины уклона. Так, на более крутом склоне плотность сложения ближе к значениям на втором повторении, а на пологом - к первому.

Из картограммы видно, что первое повторение характеризуется низкими значениями плотности по всем горизонтам. Однако в слое 30-50 см на вариантах вспашки четко прослеживается уплотнение, что связано с образованием плужной подошвы. На втором и третьем повторении склона крутизной 5-7 0 плотность почвы максимальна. Это связано с тем, что они находятся на двухскатном склоне юго-западной и западной экспозиции и представлено среднесмытыми почвами. На склоне крутизной 2-5 0 в результате проявления водной эрозии произошло выполаживание, что привело к заметному разуплотнению почвенного профиля.

Статистический анализ данных показал, что по средним значениям плотности ключевой участок попадает в категорию «благополучные-близкие к равновесной» (табл. 5).

Таблица 5. Статистическая характеристика плотности почвы, г/см3

Разброс значений исследованных показателей достаточно велик. Так, хотя основная масса значений сосредоточена в узком диапазоне, есть участки со значениями, относящимися как к очень плотным (? 1,50 г/см3), так и к рыхлым (?. 1,25 г/см3).

Необходимо различать горизонтально-вертикальную неоднородность свойств, определенную не только для одного почвенного горизонта, но и для почвенного профиля в целом, как совокупности оценок анизотропии слагающих его генетических горизонтов.

Неоднородность почвенного покрова по плотности сложения находит свое отражение в значительном варьировании практически во всех слоях. Плотность характеризуется близким размахом значений в слоях 0-10 см и 10-20 см. При этом наблюдается некоторое уплотнение почвы в подпахотном горизонте, что связано с формированием плужной подошвы в слое 30-40 см. Относительно низкие значения плотности в слое 50-70 см зафиксированы в ареалах намытых почв. Тяжёлый гранулометрический состав почвы способствует и повышенному уплотнению подпахотного горизонта почвы, что также негативно сказывается на росте и развитии растений, особенно тех, для которых характерна глубокая корневая система.

Таким образом, более 50% комплекса почвы обследованного сельскохозяйственного участка имеют пахотный горизонт с оптимальной плотностью для возделывания зерновых культур и многолетних трав.

При использовании плотности почвы в качестве диагностического показателя условий роста и развития полевых культур следует учитывать, что в условиях различного увлажнения в течение вегетационных периодов параметры оптимальной плотности несколько сдвигаются. Так, в годы с нормальным и повышенным увлажнением оптимальная плотность пахотного слоя для полевых культур почвозащитного севооборота равнялась 1,30-1,35 г/см3, а в условиях недостаточного увлажнения - 1,40-1,45 г/см3.

Принцип разноглубинности обработки почвы становится основным в адаптивно-ландшафтных системах земледелия наших дней. Научно-обоснованное чередование глубоких, мелких и поверхностных отвальных и безотвальных приемов обработки способствует оптимальному регулированию агрофизических показателей плодородия почвы.

Литература

1. Савоськина О.А., Мазиров М.А., Заверткин И.А. Трансформация почвенного покрова склоновых земель // Сб. «Воспроизводство плодородия почв и их охрана в условиях современного земледелия». - Минск. - 2015. - С. 239-242.

2. Кочетов И.С. Агроландшафтное земледелие и эрозия почв в Центральном Нечерноземье. - М.: Колос. - 1999. - 224 с.

3. Матюк Н.С., Платонов И.Г., Полин В.Д., Абрашкина Е.Д. Изменение строения профиля дерново-подзолистых почв, свойств и режимов корнеобитаемого слоя под действием антропогенной нагрузки разной степени интенсивности // Сб. «Ресурсосберегающие технологии обработки почвы в адаптивном земледелии». - М.: РГАУ-МСХА. - 2010. - С. 114 - 133.

4. Мазиров М.А., Шеин Е.В. Полевые исследования свойств почв. - 2012. - 71 c.

5. Матюк Н.С., Рассадин А.Я., Чигаев А.М. Принципы моделирования ресурсосберегающей обработки почвы в современных системах земледелия // Земледелие на рубеже XXI века. Изд-во МСХА. - 2003. - С. 40-45.

6. Oyedele D.J. Spatial and temporal variability of water content / D.J. Oyedele, F.O. Tijani // Int.Agrophysics. - 2010. - Vol. 4. - № 2. - P. 171 - 176.

7. Герасимов В.А, Масютенко Н.П. Влияние местоположения в рельефе и эродированности на структурно-агрегатный состав чернозема типичного на лугу // Сборник докладов. - Курск. - 2005. - С. 360 - 365.

Размещено на Allbest.ru