Охрана почв от избыточного уплотнения – важная экологическая проблема

Государственный аграрный университет Молдовы, г. Кишинев, Республика Молдова.

С самого нaчала применения мexaнизации для выполнения сельскохозяйственных работ агрономы и почвоведы столкнулись с одним из сложнейших вопросов - отрицательным воздействием ходовых систем тракторов на почву при её обработке, что приводит к снижению урожая. В настоящее время интенсивное воздействие ходовых систем мощных тракторов, тяжелых сельскохозяйственных машин и транспортно-технических средств на почву стало серьезной угрозой плодородию почв, приводя к их разрушению и являясь одной из причин развития эрозионных процессов. В общем виде процесс воздействия машин на почву можно представить по следующей схеме: «ходовая система машин - почва - урожай. «. Однако такая упрощенная схема не позволяет раскрыть суть происходящих в почве изменений, в первую очередь, из-за отсутствия теоретической основы, которая бы позволила применить системный подход к решению проблемы, выявить причины возникновения этих изменений, корректно спланировать проводимые эксперименты, дать исчерпывающие объяснения полученных данных и сделать правильные выводы. Отсутствие одинаковых подходов к вопросу привело к разнообразным и неидентичным разъяснениям полученных результатов, не позволяющим составить общую картину. Указывается, что при уплотнении увеличивается объемная масса, снижается общая и особенно некапиллярная пористость. Это сдерживает развитие корневой системы (уменьшается общая масса и проникновение вглубь не только пахотного, но и подпахотного слоев), уменьшается влагообеспеченность растений 1. Уплотнение ведет к ухудшению водно-физических свойств почв, таких как влагоемкость, пористость, скорость впитывания поливной воды, уменьшается водопроводимость, ухудшаются аэрация и биологические процессы, усиливаются поверхностный сток воды и смыв мелкозема 2. Уплотнение воздействует на важнейшие свойства почвы, водный, воздушный и пищевой режимы. Или просто констатируется, что чрезмерное уплотнение почв ухудшает условия жизни сельскохозяйственных растений, снижает их урожайность и качество продукции.

Вопросу «ходовая система машин - почва -- урожай» посвящено большое количество исследований и экспериментов. Получено много данных, однако результаты, в основной экспериментальных исследований машинной деградации почв, не всегда сопоставимы, иногда противоречивы, по скольку они получены по разным методикам для неодинаковых почвенных условий и влажности почв, на различных стадиях возделывания растений и при неидентичных почвах 3, 4. Указывается, что в некоторых опытах авторы приходили к парадоксальным выводам. Получив прибавку урожая по следам трактора К-700, авторы, не выявляя суть процесса, решили, что уплотнение почвы не влияет на продуктивность растений 3.

Выход из создавшегося положения, по нашему мнению, заключается в том, чтобы принять за основу научные положения механики грунтов и рассматривать почву как сложную трехфазную систему, состоящую из твердой, жидкой и газообразной частей, состояние и соотношение которых изменяются во времени под влиянием природных факторов и воздействием внешних сил (среди которых и ходовые системы машин). При этом следует внести необходимые добавления и коррективы к тому факту, что минеральная часть (твердые частицы) грунтов несколько отличается от твердой части почвы, особенно в отношении биологических процессов и специфики пахотного слоя 5. При этом нужно учесть, что конечной целью исследований является не состояние уплотненного грунта, а урожайность, а также произрастающее растение, которое играет не последнюю роль в формировании грунта. В дальнейшем научное направление можно представить как «механику почв» 6, изучающую механические процессы, протекающие в почве при взаимодействии её с рабочими органами почвообрабатывающих машин и ходовыми системами мобильной сельскохозяйственной техники, важнейшими из которых является изменение плотности почвы, играющей существенную роль в получении урожая 6.

Предложение вести исследования на основе механики почв обособлено от механики грунтов 6, по-нашему мнению, нецелесообразно и необоснованно. Нецелесообразность заключается в том, что нельзя игнорировать то, что уже исследовано, затрачивая средства и время на выявление уже известных положений, о чем будет сказано ниже. Необоснованность объясняется несколькими моментами. Во-первых, различные технологические задачи механики грунтов и механики почв (технологическая задача механики грунтов - максимально увеличить их плотность, чтобы повысить прочность как строительного материала, а механики почв - чтобы найти такие пути воздействия на почву, которые позволили бы поддержать ее оптимальную плотность) не может служить основой для полного их разъединения по той простой причине, что изучается один и тот же процесс - уплотнение грунтов, к которым относится и почва (растительный грунт). Следовательно, исследования должны вестись аналогично, по одним и тем же методикам, учитывая при этом специфику каждого из них. А законы и закономерности процесса уплотнения в общих чертах одинаковы. Во-вторых, в механике грунтов рассматривается не только длительное воздействие сооружений на грунтовые массы, как считают сторонники разграничения 6, но и взаимодействие грунтов с ходовыми системами мобильной техники тех же тракторов как базовых машин для бульдозеров, скреперов, грейдеров, а также различных передвижных уплотняющих катков при возведении качественных насыпей. Более того, не меньший интерес для «механики почв» представляет изучение таких процессов, как разуплотнение плотных и самоуплотнение разрыхленных грунтов - процессы, протекающие длительное время. В-третьих, в основу исследований почв должны быть поставлены положения теории «механики грунтов» как предшественницы «механики почв», так как первая не исключает почву как предмет своих исследований. Один из основателей «механики грунтов» в России акад,емик Н.А. Цытович 7 указывает: «В механике грунтов мы будем изучать только минеральные грунты - природные материалы - и лишь в отдельных случаях будем обращать внимание на а… органо-минеральные образования». Под последними автор понимает почву: «Верхний слой природных грунтов, измененный совместным действием климата, воды, газов, растительных и животных организмов и обогащенный гумусом, представляет особое структурно-логическое образование -- почву». В «механику почв» следует включить все установленные для грунтов положения - структурные связи и строение, физические свойства (влажность, пористость, водонасыщенность), основные закономерности механики грунтов (сжимаемость, водопроницаемость, деформируемость), а также закон уплотнения, виды деформации грунтов и др. Приведенные здесь показатели схожи с теми, которыми характеризуют последствия уплотнения почвы специалисты 1,2,3, что ещё раз подтверждает связь механики грунтов с почвой.

Принятие положений «механики грунтов» позволит избежать нестыковок, которые иногда имеют место. Так, журнал «зЗемледелие» № 2 за 1985 г. (с. 24) указывает, что исследования ТСХА и ВИМ показали, что уплотнение почв распространяется … нна 35…70 см не только в вертикальном, но и горизонтальном (от центра следа движителя) направлениях. В то время как в «механике грунтов» это явление не только давно известно, но и приведены эпюры распространения сжимающих напряжений в вертикальных и горизонтальных сечениях массива грунта при различных нагрузках. Другой пример. В Украинской сельскохозяйственной академии в начале 1980-х годов были проведены исследования по сдваиванию шин для предупреждения переуплотнения почв. При этом было установлено, что «необходимый эффект … … может быть только при расстоянии между шинами не менее ширины следа». А исследования, проведенные более чем 10 годами раньше с целью получения наибольшего уплотнения, привели к аналогичному выводу:. «ССтепень уплотнения грунта в межколесном пространстве зависит от величины зазора между шинами, и увеличение этих зазоров до 0,5 ширины профиля шины не повлечет значительного снижения качества уплотнения, и плотность грунта в межколесном пространстве и под колесами будет одинаковая» 8. Как видно, несмотря на противоположные технологические задачи, исследования велись одинаково, а выводы были аналогичными. И ещё один момент. Авторы исследований 9 установили, что в зимнее время плотность почвы под колесами трактора увеличилась незначительно, но не объяснили, почему. Но если рассматривать почву как трехфазную систему, такой факт можно объяснить тем, что жидкая фаза - вода, которая, будучи в жидком состоянии, обволакивает поверхность твердых частиц грунта наподобие смазки, снижающей трение частиц грунта между собой при более плотной укладке, тем самым способствуя при приложении нагрузки уплотнению, превратилась в твердую. Этим она не только не способствует уплотнению, но и оказывает дополнительное сопротивление. Кстати, сказанное объясняет и утверждение этих же авторов, что переуплотнение почвы ходовыми системами тракторов наиболее опасно осенью и зимой, когда она бывает сильно насыщена водой. Что касается «осени и зимы», то их можно исключить, так как не они являются причиной, а вода. А почва может быть довольно влажной и в другие периоды года - летом после длительных дождей или при орошении.

Признание «механики грунтов» как научной основы для исследований будет способствовать не только внесению ясности, систематизации и унификации полученных данных, но и даст возможность их сопоставить и объяснить. Более того, проведение теоретических исследований позволит доходить до сути явлений и выявлять отдельные закономерности с наименьшими затратами как энергии, так и средств, а главное - более оперативно. Это можно подтвердить следующим. Проведенными опытами было установлено, что чем больше масса трактора, тем значительнее негативное воздействие на почву. После проведения значительного количества полевых замеров и лабораторных исследований, как мы полагаем, с затратой физических, материальных и финансовых средств, а также времени, было выявлено, что по уровню воздействия на почву тракторы располагают в ряд ДТ-75МТЗ-52Т-150КК-700 10, тогда как такую же цепь легко можно было рассчитать и без затрат, используя как основу положения уплотнения грунтов 5. Причем, этот ряд можно сделать наиболее полным,. включив любое количество тракторов, и результат будет довольно точным. В то же время приведенный в этом ряду трактор ДТ-75 не вписывается в него по массе. Его масса 65,4 кН не меньше 31,6 кН - массы трактора МТЗ-52. А в данном ряду он оказался не из-за массы, а благодаря удельному давлению на почву. Для трактора ДТ-75 оно составляет 0,047 МПа, а для пневмошинных колесных тракторов, последовавших за ним, оно достигает по нашим расчетам от 0,25 до 0,35 МПа и более в зависимости от давления в шине. Причина меньшего воздействия на почву у трактора ДТ-75 заключается в конструкции движителя (ходовой системы). Трактор ДТ-75 гусеничный, в то время как все остальные колесные. А, как известно, для пневмошинных колес удельное давление в технических характеристиках не приводится. Его необходимо рассчитать, исходя из давления в шинах и коэффициента жесткости покрышки. И это возможно только при использовании формул, приведенных в литературных источниках по уплотнению грунтов, или упрощенных формул, предложенных в 11. В этом случае по расчетной толщине слоя уплотняемого грунта до 1,7…1,9 г/cм³, положение ряда не вызывает никаких сомнений 10 15,5 21,5 см. ( МТЗ-52Т-150КК-700).

(вВ рассматриваемых выше работах замерялась глубина оказываемого воздействия на почву, значения которой были намного больше).

ходовая трактор почва урожай

Выводы