Переуплотнение почв, плодородие и урожайность: связь очевидна

Растет интерес аграриев к высокой культуре земледелия, а также к решению вопросов увеличения и стабилизации объемов производства в растениеводстве с одновременным повышением рентабельности. В этом ключе в основном обсуждаются вопросы приемов и количества применения удобрений. При этом порой пренебрегают проблемой повышения плодородия почв, связанной с их переуплотнением, решение которой может увеличить урожайность и рентабельность растениеводства.

В условиях интенсивного земледелия создаются условия, когда машины, призванные повысить урожайность, снижают плодородие почв. Являясь средой для выращивания сельхозкультур, почва выполняет функцию несущего основания для движителей сельхозмашин, которые оказывают на нее механическое воздействие. За последние десятилетия произошло повышение мощности и тягового класса тракторов и комбайнов. Их масса с 7-14 т возросла до 16-20 т. Исходя из стремления повысить производительность техники, ее создатели увеличивают мощность тракторов и ширину захвата орудий, что еще сильнее разрушает и уплотняет почву. Получается, что более 80% энергии в земледелии тратится на то, чтобы с помощью одних машин возместить ущерб, нанесенный другими машинами.

От переуплотнения почв снижается развитие растений, урожайность культур и плодородие интенсивно используемых земель. По данным российских специалистов, переуплотнению сегодня подвержено более 80% сельхозугодий, что является причиной потерь 30% урожая и дохода аграриев. Современные многооперационные технологии в растениеводстве с применением энергонасыщенной техники, имеющей большую эксплуатационную массу и высокое удельное давление на почву, приводят к ее уплотнению за вегетационный период до уборки на площади до 60-80% и до 98% после уборки урожая. В итоге, ежегодные потери урожая от применения на полях технических средств составляют 30 млн тонн зерна при перерасходе топлива до 3 млн тонн (Федеральный научный агроинженерный центр ВИМ, 2018).

По данным белорусских ученых, урожайность зерновых в следах тракторов снижается на 10-15%, а корнеклубнеплодов — на 20-30% (Шило Н.И., Романюк Н.Н., Орда А.Н.). На уплотненных участках почвы увеличивается тяговое сопротивление рабочих органов, что ведет к увеличению расхода топлива и снижению производительности техники, а качество технологических операций по следам сельхозмашин не отвечает агротехническим требованиям. На поверхности поля остаются следы глубиной до 12 см, по которым плотность почвы существенно превышает оптимальные значения, не выдерживается заданная глубина обработки культиваторами, до 48% семян зерновых не заделываются на заданную глубину, ухудшается качество уборочных работ.

В последнее время широко обсуждаются проблемы плодородия почв, при этом нет единого понимания, что такое плодородие и какие процессы происходят в одной из сред обитания.

Для нормального развития растений требуется определенное соотношение между твердой частью почвы и содержащихся в ней водой и воздухом. Оптимальное состояние имеет почва, в которой твердые частицы составляют 50%, вода — 30% и воздух — 20% (табл. 1). Плотность почвы можно определить с помощью прибора — пенетрометра (рис. 2).

Таблица 1. Оптимальная плотность почвы для возделывания зерновых и пропашных культур (КазНИИ МЭСХ, Астафьев В.)

Машины расплющивают и прессуют пахотный слой почвы, который обычно наполовину состоит из воздушных полостей. Уплотняющее действие от колес и гусениц распространяется до 1 м в глубину и до 0,8 м в поперечном направлении, сохраняясь до следующего вегетационного сезона (табл. 2). Разрушенная структура почвы полностью не восстанавливается, в результате чего пашня с течением времени деградирует.

На практике удельное давление колесных тракторов и создаваемое ими уплотнение почвы существенно выше допустимого оптимального значения (0,6 кг/см²). При этом величина удельного давления движителей на почву зависит не только от массы трактора, но и от нагрузки на его крюке.

Таблица 2. Воздействие движителей тракторов на почву

В прежние годы, когда для пахоты применяли гусеничные трактора, уплотненный слой был незначительным и его убирали изменением глубины вспашки. Применение на пахоте тяжелых тракторов привело к появлению массивного уплотненного горизонта ниже уровня обработки до 45-55 см глубины (рис. 3). Такие почвы уже не способны в полной мере выполнять свою функцию и быть благоприятной средой для обитания полезной биоты.

В современном земледелии при использовании механической обработки почвы происходит образование не только плужной, но и дисковой подошвы от работы дисковыми боронами, которая препятствует проникновению выпавших осадков в нижележащие слои и испарению излишков влаги из нижних горизонтов. Это способствует развитию водной эрозии на склоновых землях, а на равнинах и в низинах образуются мокрые «блюдца», в которых застаиваются талые и дождевые воды. На разворотных полосах у края полей от переуплотнения угнетается рост и развитие культур. Эти проявления свидетельствуют о машинной деградации почв.

Уплотнение почвы наиболее существенно в весенний период, при ее высокой влажности, когда от многократных проходов техники происходит кумулятивный эффект. Обитающая в переуплотненной почве биота ухудшается. Известно, что черви не только постоянно перепахивают, но и ежегодно удобряют почву несколькими тоннами своих отходов на 1 га. По результатам исследования почвоведа-зоолога Стефана Шрадера, из-за уплотнения оптимальное количество мелких червей (около 6000 на 1 м²) после воздействия тяжелых машин уменьшается вдвое. В интенсивном земледелии живая биомасса почв уменьшилась с 15-30 до 2-3 т/га, а вместе с этим снизился коэффициент отдачи от минеральных удобрений.

По данным МСХ РФ, в России ежегодно теряется до 1,5 млрд тонн плодородного слоя, из-за чего плодородие почв за последние десятилетия упало почти вдвое. Известно, что за счет накопленного столетиями потенциала плодородия формируется более 50% урожая. Усугубляет положение нарушение севооборотов и недостаточное количество органических удобрений, отсутствие в севообороте многолетних трав и сидеральных культур, безграмотное использование химических удобрений и пестицидов.

Независимые ученые констатируют факт, что современный рост урожайности странным образом сочетается с прогрессирующим снижением качества продукции, фиксируемым микробиологами усилением деградации агроценозов, катастрофическим накоплением в почве патогенов.

В системе современных научных представлений применение минеральных удобрений повышает урожайность сельскохозяйственных культур и одновременно снижает плодородие почв (профессор Цховребов В., зав. кафедрой почвоведения Ставропольского ГАУ). Когда почва переуплотнена из-за применения устаревших технологий и тяжелой техники, то уже не способна к самовосстановлению плодородия. В этом случае рекомендации по внесению минеральных удобрений для восстановления плодородия не действуют.

Способов предотвращения уплотнения почв пока разработано недостаточно. В настоящее время борьбу с уплотнением проводят по трем направлениям:

• снижение уплотнения;
• разуплотнение;
• предотвращение уплотнения.

Для снижения уплотнения почвы совершенствуется ходовая система машин и агрегатов, уменьшается их масса, создаются широкозахватные и комбинированные машины. Есть мнение, что решить проблему уплотнения почвы можно, снизив среднее удельное давление колес на почву до 0,15 кг/см². Однако сделать это, не используя широкопрофильные шины (до 1 м) или сверхширокие шины (1,2 м) низкого давления, а также сдвоенные, не удается.

Для снижения уплотнения почв белорусские ученые рекомендуют использовать колесо низкого давления и повышенного снижения колебаний (демпфирования) (Шило И.Н., Чигарев Ю.В.).

Наименьшее уплотняющее воздействие при весенне-полевых работах обеспечивают гусеничные трактора, снижая удельное давление на почву в 5 раз по сравнению с «Кировцем». При однократном проходе гусеничного трактора удельное давление на почву на 20-30% ниже, чем у «Кировца» (рис. 4).

Широкопрофильные и сдвоенные шины существенно снижают уплотнение почвы и связанные с ним потери урожая, увеличивают выработку агрегатов, на 30-40% уменьшают расход топлива, снижают буксование и износ шин в 2,5 раза.

По данным немецкой компании Grasdorf Wennekamp, при использовании на тракторах широкопрофильных шин низкого давления производительность повышается на 40%, затраты снижаются на 30%, а при использовании сдвоенных колес производительность повышается на 80%, затраты снижаются на 45% (табл. 3).

Таблица 3. Сравнительный анализ работы тракторов в зависимости от типов шин (Grasdorf Wennekamp)

Только снижением удельного давления движителей тракторов проблему уплотнения почвы не решить. На данном этапе развития науки и техники наиболее эффективным приемом разуплотнения почвы является механическое рыхление на глубину 0,6-0,7 м с помощью глубокорыхлителей и щелевателей.

Одно из перспективных направлений — использование технологической колеи при возделывании культур, когда технологические и транспортные машины перемещаются по полю по постоянной колее. В качестве радикального шага в профилактике уплотнения почв можно рассматривать технологию прямого прямого посева (No-Till), которая требует меньше проходов техники по полю, что сокращает площадь следов машин с 80 до 46%. При этом в течение переходного периода к прямому севу (3-4 года) на деградированных почвах, наряду с биологическим (корни), может потребоваться неоднократное глубокое механическое рыхление.

Внедрение спутниковых систем навигации (GPS) открывает возможность собрать информацию о состоянии почвы в любй точке участка и принять решение по выбору технологии механического воздйствия, направленного на создание оптимальной плотности почвы.

Все транспортные средства, оснащенные GPS, передвигаются по полю по постоянной технологической колее с взаимно согласованной шириной захвата. Одни и те же колесные колеи используются для обработки почвы, посадки и опрыскивания растений, а также уборки урожая. При использовании в земледелии постоянной технологической колеи зоны движения машин отделены от зон возделывания культур. Благодаря этому как минимум на 2/3 площади создаются условия для устойчивого улучшения структуры почвы. По другим данным, технология управляемого движения по полям (CTF) позволяет сократить площади следов от машин до 14% от площади поля и повысить экономическую эффективность использования машин. К сожалению, в нашей республике эта система пока не получила широкого распространения.

Глубокое сплошное рыхление склоновых и равнинных земель рекомендуется проводить осенью по стерневым фонам зерновых и пропашных культур вместо зяблевой вспашки. В тех случаях, когда отсутствует осушительная сеть и есть опасность переувлажнения почвы, ее глубокое рыхление под картофель, корнеплоды, кукурузу и другие культуры проводят весной. Щелевание целесообразно осенью на сенокосах и пастбищах, склоновых и переувлажненных равнинных землях перед посевом озимых культур, а также по отвальной и безотвальной зяби.

Полосное глубокое рыхление с одновременным дренированием применяется на участках с большим количеством «блюдец». Расстояние между полосами — 2,9–2,5 м для глинистых и 3-4 м для суглинистых почв. Долговечность и эффективность глубокого рыхления зависит от влажности почвы во время проведения приема, которое оптимально должно составлять 60-80% от предельной полевой влагоемкости. При влажности подпахотного горизонта выше предела пластичности глубокое рыхление предпочтительно после дренирования на глубину 0,4-0,5 м, что позволяет подсушить почву до оптимальной влажности.

Разуплотнение почвы — финансово затратный прием. Глубина обработки почвы всегда индивидуальна для каждого конкретного поля в соответствии с результатами измерения уплотнения. Затраты зависят от цены агрегата и глубины разуплотнения. Для этого имеется условный коэффициент — 0,5 л дизельного топлива на 1 см углубления.

Российские ученые провели ряд исследований, чтобы установить оптимальные системы основной обработки и оптимальный уровень плотности почвы при возделывании ячменя в Амурской области. Результаты показали, что отвальная и безотвальная обработки почвы создают оптимальные условия для развития растений на неуплотненной почве только при 1-3-кратном прохождении техники по полю. При 4-5-кратном прохождении тракторов уплотнение уже превышает пределы оптимума. Существенное снижение урожайности ячменя наблюдалось при уплотнении почвы более 1,23 г/см (Немыкин А.А., 2009).

По мере роста кратности уплотнения количество растений ячменя в фазу всходов уменьшалось как по отвальной, так и по безотвальной обработке. С увеличением уплотняющего действия на почву в структуре агрофитоценоза увеличивалось количество и доля сорняков. При этом доля многолетних сорняков по количеству и по массе была больше при безотвальной обработке почвы, чем при отвальной.

При увеличении уплотняющего воздействия тракторов на почву ухудшалась структура урожая ячменя (масса 1000 зерен, длина колоса, количество зерен в колосе, общая кустистость), увеличивалась соломистость. Безотвальная обработка уплотненной почвы приводила к снижению урожайности зерна.

1. Ходовые системы тракторов / В.М. Забродский, А.М. Файнлейб, Л.Н. Кутин, О.Л. Уткин-Любовцев. — М., 1986.
2. Кушнарев А.С. Механика почв; задача и состояние почв // Механизация и электрификация сельского хозяйства. — 1987. — № 3. — С. 9-13.
3. Немыкин А.А. Формирование урожая ячменя под влиянием уплотнения на фоне различных способов основной обработки почвы в Южной зоне Амурской области. — 2009.

Подготовлено по материалам, опубликованным в журнале «Наше сельское хозяйство» (2018 г., № 17).