Анализ использования земельных угодий

Глава 3. Основные пути повышения эффективности использования земли

3.1 Агрофизические основы обработки почвы

       Благоприятные почвенные условия для роста  растений складываются при оптимальных параметрах агрофизических свойств почвы и показателях ее плодородия. К числу важнейших следует отнести плотность и строение почвы, мощность пахотного слоя, структурный состав и др.

       Современная теория обработки строится на обоснованном согласовании агрофизических свойств почвы и предъявляемых к ним требований культурных растений. Поэтому важнейшей агрофизической основой обработки являются требования культур к плотности и строению пахотного слоя почвы, структурному составу и степени крошения почвы, мощности пахотного слоя, твердости и другим свойствам, от которых зависят рост растений и урожайность. Количественной характеристикой строения почвы служит величина ее плотности. Различают равновесную и оптимальную плотности почвы. Равновесная плотность — это установившаяся плотность необработанной (1—2 года) почвы в естественном состоянии. Плотность почвы, при которой складываются благоприятные условия для роста растений и деятельности почвенных микроорганизмов, называют оптимальной.

       Изучение  реакции культур на физическое состояние  почв различного генезиса позволило выявить интервалы оптимальных значений плотности почвы для зерновых и пропашных культур. Так, моделирование плотности сложения дерново-подзол истой средне-суглинистой почвы показало, что в средние по увлажнению годы оптимальные ее параметры для зерновых колосовых культур составляют 1,1 — 1,3 г/см³, для пропашных — 1,0—1,2. Равновесная же плотность этой почвы находится в пределах 1,35—1,50 г/см³ 

       Сопоставление показателей равновесной и оптимальной для роста культур плотности позволяет определить необходимость обработки почвы, в данном случае рыхления. Чем больше разность между этими величинами, тем интенсивнее и глубже должна обрабатываться почва. Например, с помощью вспашки дерново-подзолистой почвы ее плотность уменьшается с 1,4—1,5 до 0,8—0,9 г/см³ и почва приобретает рыхлое состояние.

       Плотность почвы зависит от гранулометрического  состава, содержания гумуса, водопрочных агрегатов, влажности почвы и других условий.

       Почвы тяжелого гранулометрического состава  с большим содержанием илистой фракции и гумуса подвержены значительному набуханию при увлажнении и разрыхлению. Это вызывает изменение как равновесной, так и оптимальной плотности.

       Высокогумусированные черноземные почвы имеют равновесную плотность 1,0—1,3 г/см³, которая совпадает с оптимальной для культур, что позволяет уменьшить интенсивность и глубину основной обработки этих почв. Наилучшие условия для появления всходов зерновых культур, уменьшения испарения влаги из почвы складываются, например, в черноземной тяжелосуглинистой почве, когда верхний (0—7 см) слой имеет рыхлое состояние и плотность 0,98—1,04 г/см³, а нижний (7—30см) слой несколько уплотнен — 1,18—1,20 г/см³. Это достигается сочетанием разноглубинной отвальной и безотвальной обработок с поверхностной обработкой почвы.

       Оптимизация физических условий почвенного плодородия в первую очередь определяется строением почвы, под которым понимают соотношение объемов твердой фазы, капиллярной и некапиллярной пористости. Наилучшие условия аэрации почвы, воздухообмена между почвой и атмосферой, а следовательно, и благоприятные условия для роста и развития растений складываются в дерново-подзолистой среднесуглинистой почве, когда общая пористость составляет 46—56%, некапиллярная— 18—25, капиллярная — 28—31 %, а твердая фаза занимает 44—54 % объема почвы.

       Оптимальные почвенные условия черноземных  почв обеспечивает строение, при котором общая пористость составляет 51—62 %, а пористость аэрации — 15—25 %. Предельной величиной, приводящей к снижению урожайности зерновых культур, является пористость устойчивой аэрации — 13— 15 % объема почвы. При этом содержание кислорода в нормально увлажненной почве составляет не менее 20 %, а СО₂ не превышает 0,2—0,5%.

       С помощью обработки улучшается строение пахотного слоя почвы: рыхлением при основной и предпосевной обработках увеличивают некапиллярную пористость и, наоборот, уплотняя рыхлую почву, уменьшают ее и снижают аэрацию.

       Создание  оптимальной модели плодородия пахотного слоя позволяет оптимизировать почвенные режимы и повысить урожайность культур. Моделирование гомогенного и гетерогенного состояния пахотного слоя дерново-подзолистой почвы разной мощности (20, 30 и 40 см) показало, что кукуруза, картофель и другие полевые культуры положительно реагируют на гетерогенное строение, при котором в верхнем слое (0—20 см) за счет внесения удобрений и извести достигается более высокая степень оптимизации агрофизических и агрохимических свойств.

       Прибавка урожая полевых культур при гетерогенном строении пахотного слоя с внесением высоких доз удобрений в слой 0—20 см за 15 лет повысилась с 3,8 до 9,7 тыс. корм. ед. на 1 га по сравнению с неудобренным фоном, а при гомогенном строении — с 3,4 до 8,9 тыс. корм. ед. на 1 га (табл. 31). Сбор кормовых единиц при внесении удобрений в слой 0—40 см снизился на 10,8 %. Это свидетельствует о том, что смешивание пахотного слоя с почвой элювиального горизонта с низким естественным плодородием не позволяет восстановить плодородие почвы до исходного уровня даже за 15-летний период.

       Структурный состав, содержание водопрочных агрегатов  характеризуют сложение почвы, устойчивость ее против эрозии и уплотнения, оптимизируют почвенные режимы и определяют продуктивность культур. Оптимальное содержание водопрочной макроструктуры (агрегаты размером 0,25—10мм и более) для дерново-подзолистых и серых лесных почв составляет 30—45 %, для черноземных почв — 45—60 %. При такой оструктуренности почва длительное время сохраняет устойчивое сложение, приданное ей обработкой. Структурная почва теряет положительные качества при увеличении количества пыли (частицы размером менее 0,25 мм) до 30-40%.

       Верхний (0—10 см) слой почвы пахотного слоя более гумусирован и лучше  оструктурен по сравнению с нижним (10—20 см). Здесь быстрее идет восстановление структуры почвы за счет накопления растительных и корневых остатков, вносимых удобрений. Оборачивание почвы при вспашке способствует оструктуриванию и нижней части пахотного слоя.

       Требования  культур к степени крошения почвы определяют с учетом гранулометрического состава, оструктуренности почвы, увлажненности зоны, биологических особенностей культуры и проявления эрозии. Например, для зерновых колосовых культур Нечерноземья степень крошения (доля комков диаметром 0,25— 30 мм) дерново-подзолистых и серых лесньх почв пахотного слоя должна быть не менее 80 %, а глыбистость поверхностного слоя почвы—до 20%.

       Применение  тяжелых почвообрабатывающих машин  и транспортных средств приводит к сильному уплотнению почвы (до 1,35— 1,55 г/см³), ухудшению физико-механические свойств и снижению, например, всхожести семян озимой пшеницу с 81,1 до 60,7 %. Это вызывает необходимость глубокого рыхления с помощью безотвальных, чизельных орудий, плугов-глубокорыхлителей и других приспособлений, которые служат эффективным средством разуплотнения почвы как пахотного, так и подпахотного слоев и улучшения воздухо- и водопроницаемости почвы.

       Значительное  влияние на рост корневых Систем и  проникновение корней в почву  оказывает механическое сопротивление — твердость почвы. Сильное уплотнение почвы при высушивании и повышение при этом твердости выше критических значений (более 10 кг/см² для зерновых культур) снижают рост корней и увеличивают затраты энергии растений на преодоление сопротивления почвы. Благодаря обработке, глубокому рыхлению облегчаются проникновение корней в глубокие слои почвы и поглощение ими воды, питательных веществ. Это особенно важно для формирования полноценных корнеплодов у сахарной свеклы, моркови, клубней у картофеля.

       Обработка почвы в системах ландшафтного земледелия должна иметь почвозащитную и  энергосберегающую направленность. На склоновых землях, подверженных водной эрозии, почвозащитные технологии обработки разрабатывают на основе специальных приемов глубокого безотвального рыхления, чизелевания, щелевания, прерывистого бороздования, а также контурной вспашки с поделкой гребней, лунок и др. Эти приемы позволяют снизить в 2—2,5 раза сток талых вод, а смыв почвы уменьшить в 2,5—11 раз. При этом эффективность минеральных удобрений повышается на 10— 12 %, урожайность зерновых культур — на 0,15—0,2 т/га.

       В севооборотах агроландшафтов степной  и лесостепной зон, подверженных ветровой эрозии, система почвозащитной  обработки базируется на мульчирующей, полосной и других минимальных обработках с применением рыхлящих, но не оборачивающих пласт рабочих органов орудий (плоскорезов, параплау, чизелей, стоек СибИМЭ, сеялок прямого посева), сохраняющих пожнивные остатки на поверхности почвы. 

3.2  Агрохимические и биологические основы обработки почвы.

       Способы основной обработки оказывают существенное влияние на распределение в почве  органического вещества, вносимых удобрений, доступность растениям элементов минерального питания, процессы гумификации растительных остатков и синтеза биологического азота. Вспашка, фрезерная основная обработка создают сравнительно однородный по гумусированности пахотный слой за счет лучшего перемешивания слоев почвы. Безотвальная и минимальная обработки (поверхностная, мелкая, дисковая, плоскорезная) приводят к резкой дифференциации почвы пахотного слоя по плодородию, особенно на фоне вносимых удобрений.

       В верхнем (0—10 см) слое больше накапливается  фосфора и калия, он более оструктурен и имеет лучшие поглотительные свойства. Это обусловлено большим количеством корневых остатков и локализацией фосфора и калия в верхнем слое за счет вносимых органических и минеральных удобрений. Внесение высоких доз фосфорных и калийных удобрений может превысить допустимую оптимальную нагрузку на почву и корневую систему растений, что повлечет снижение плодородия и урожайности культур.

       В то же время, концентрируя питательные  вещества в верхнем (0—10 см) слое при  поверхностной и мелкой обработках, происходит обеднение ими более глубоких слоев корнеобитаемой зоны. При отсутствии осадков поверхностный слой пересыхает и находящиеся в нем питательные вещества становятся недоступными. Этих отрицательных явлений можно избежать при применении периодической вспашки в севообороте, которая обеспечивает оборачивание и лучшее перемешивание слоев почвы. Кроме того, она устраняет и концентрацию пожнивных остатков (за исключением эрози-онно опасных земель), приводящую к токсикозу почвы продуктами разложения, снижению полевой всхожести семян при минимализа-ции обработки почвы.

       Возросшее применение химических средств защиты растений вызывает необходимость использования  интенсивных систем обработки, направленных на улучшение аэрации почвы и ускорение микробной детоксикации пестицидов, например прометрина. Это способствует очищению почвы от загрязнения.

       Значительная  роль в повышении плодородия почв принадлежит биологическим процессам, активность которых определяется условиями, создаваемыми обработкой почвы. Поэтому обработка почвы — важнейшее средство регулирования жизнедеятельности почвенной микрофлоры, ее численности и видового состава. Рыхление почвы улучшает аэрацию, ее увлажнение и увеличивает численность бактерий, плесневых грибов, актиномицетов и других микроорганизмов, разлагающих углеродосодержащие растительные вещества. Усиление жизнедеятельности аэробных микроорганизмов при этом ускоряет разложение гумуса и высвобождение элементов минерального питания. При этом повышаются биологическая активность (по СО₂) и нитрификационная способность почвы, что создает лучший режим питания растений, особенно азотом.

       При уменьшении интенсивности и глубины  рыхления, применении мелкой или поверхностной обработки снижается активность почвенной микрофлоры и предохраняются от разложения гумусовые вещества, которые служат потенциальным источником элементов питания растений и средством улучшения структуры и физических свойств почвы. Так, замена вспашки безотвальной плоскорезной обработкой повышает коэффициент гумификации органического вещества на 20—30 %, а на легких супесчаных почвах до — 40 %, что увеличивает гумусонакопление. При внесении извести на кислых почвах этот процесс смещается к синтезу наиболее ценных гуминовых кислот.

       Способ  и глубина обработки влияют на инфекционный потенциал почвы и ее засоренность. Например, при ежегодной плоскорезной обработке в течение 5—7 лет увеличивается повреждаемость ячменя корневыми гнилями на 11,3—12,4 %, овса — на 6,9—8,3 %,а засоренность — в 2 раза. Повышение засоренности посевов при безотвальной обработке и приемах минимализации, увеличение пораженности культур болезнями и вредителями создают предпосылки для чередования разных способов и глубины обработки почвы в севооборотах.

       Как средство улучшения фитосанитарного  состояния почвы и посевов  следует рассматривать систему паровой и полупаровой, зяблевой обработок. Например, эффективным средством снижения численности проволочников, злаковых тлей служит своевременная система зяблевой обработки почвы. Лущение стерни и зяблевая вспашка плугом с предплужником обеспечивают глубокую заделку в почву семян сорняков, стерни, а вместе с ними личинок шведской и гессенской мух, гусениц озимой совки, вызывая их гибель. При этом уничтожаются споры линейной и бурой ржавчины, инфекции, корневых гнилей, септориоза. Уничтожая обработкой сорняки, применяя углубление пахотного слоя, плоскорезную, чизель-ную обработки в засушливых условиях, мы улучшаем влагообеспе-ченность растений, ускоряем их рост. В результате снижается поражаемость культур вредителями и болезнями.