Влагосберегающая обработка пахотного слоя для предотвращения иссушения почвы

Физическое иссушение почвы: как уходит влага

Обработка почвы формирует структуру верхнего слоя, от которой напрямую зависит ее водный режим. Изменяя строение пашни, агроном регулирует влагоемкость, водопроницаемость и капиллярный подъем воды. В засушливых регионах правильная обработка предотвращает физическое иссушение почвы — потерю влаги под действием внешних факторов.

Интенсивность физического иссушения зависит от нескольких факторов:

• содержание исходной влаги в почве;
• температура приземного воздуха и почвы;
• скорость и влажность ветра;
• физические свойства самой почвы.

На черноземах Кубани наибольший запас доступной влаги связан с наименьшей влагоемкостью (НВ). В этот период вода слабо удерживается почвой и очень подвижна. Такое состояние почвы характерно для зимы и ранней весны на всю глубину промачивания, а во время вегетации — в верхнем пахотном слое после обильных дождей.

• Наименьшая влагоемкость (НВ) — 32–37 % весовой влажности
• Всасывающее давление при НВ — около 0,3 атм
• Подвижность капиллярной влаги — 20 и более см/ч
• Суточные потери влаги при НВ — 8–10 мм

При наименьшей влагоемкости испарение идет в основном за счет капиллярного притока. Когда пашня переувлажнена, зона испарения находится на ее поверхности. Как только влажность падает до НВ, горизонт испарения смещается на глубину 2–5 см. Скорость иссушения зависит от механического состава почвы.

Практические приемы сбережения влаги

Для защиты почвы от иссушения важно сохранять поверхность пашни ровной. Выравнивание уменьшает испаряющую площадь, помогая удержать воду в пахотном слое. С апреля по октябрь ровное состояние поверхности поддерживают во всех районах, кроме случаев, когда верхний слой нужно принудительно подсушить.

В период накопления влаги (с ноября по март) тактика зависит от климатических особенностей региона. На засушливых участках ровная пашня помогает накопить влагу к весне, если нет гарантии ее естественного восстановления. В предгорных и горных районах, напротив, зимой используют глыбистую обработку, чтобы снизить переувлажнение почвы.

Чтобы прервать капиллярный ток воды к поверхности, создают рыхлый мульчирующий слой. Верхние несколько сантиметров этого слоя могут высохнуть сильнее влажности завядания (ВЗ), но нижележащая почва останется защищенной. Этот прием эффективен в интервале влажности от НВ до влажности разрыва капиллярной связи (ВРК).

Рыхлый мульчирующий слой решает сразу несколько задач:

• снижает нагрев почвы солнцем;
• прерывает капиллярное движение влаги к зоне испарения;
• повышает упругость паров внутри рыхлого слоя, снижая потери на испарение из глубины.

По мере снижения запасов воды ее подвижность резко падает из-за роста сорбционных сил. Этот эффект становится критическим при достижении влажности разрыва капиллярной связи (ВРК). На обыкновенном черноземе всасывающее давление почвы при ВРК возрастает до 3 атм, и жидкая влага практически перестает перемещаться.

Влияние плотности почвы на испарение и образование трещин

При иссушении почвы, когда влажность приближается к уровню завядания (ВЗ), вода перемещается преимущественно в виде пара. В этот период испарение идет с поверхности каждого почвенного комка непосредственно в межструктурное пространство, а оттуда — в атмосферу. Хотя общие потери влаги при низкой влажности в десять раз ниже, чем при наименьшей влагоемкости (НВ), они остаются критическими для урожая.

Замедлить испарение можно, если сместить момент наступления влажности разрыва капилляров (ВРК) к более высоким значениям влажности. Чем раньше рвутся капиллярные связи, тем прочнее почва удерживает оставшуюся воду и тем медленнее она испаряется. Добиться этого помогает регулирование плотности пахотного слоя.

На выщелоченных черноземах показатели ВРК напрямую зависят от плотности почвы. При невысокой плотности капиллярная связь разрывается раньше, что предохраняет влагу от испарения. Переуплотнение почвы, напротив, затягивает капиллярное движение влаги к поверхности, увеличивая ее непроизводительные потери.

• ВРК при плотности 1,08 г/см³ — 23,6 %
• ВРК при плотности 1,57 г/см³ — 19,37 %
• Порозность начала трещинообразования — 50 % и менее
• Влажность начала трещинообразования — 15–16 %
• Толщина мульчирующего слоя на юге — 6–8 см

Создание двухслойного экрана для блокировки испарения

Рыхлая сухая мульча на поверхности служит надежным щитом для нижележащих слоев. Ее оптимальная глубина зависит от погоды: чем выше температура и суше воздух, тем глубже должно быть рыхление. На тяжелых почвах (слитых черноземах, серых и темно-серых лесных, глинистых почвах плавней и западин) опасность растрескивания выше, поэтому здесь требуется более глубокая обработка, чем на обыкновенных черноземах.

Дополнительно снизить потери пара помогает легкое уплотнение подповерхностной части пахотного слоя, которое сокращает некапиллярную скважность. Эффективность этого приема подтверждают опыты на выщелоченном черноземе, где пахотный слой (0–25 см) с исходной плотностью около 1 г/см³ уплотняли нагрузкой 250 г/см³. С уменьшением влажности общие потери воды также снижаются.

Испытания показали, что уплотненная с поверхности почва во всех случаях испаряет меньше влаги. Максимальный влагосберегающий эффект достигается, если создать в верхней части пашни уплотненную прослойку, прикрытую сверху рыхлым мульчирующим слоем толщиной не менее 6 см. Такой барьер работает как экран, задерживающий парообразную влагу.

В полевых опытах эту технологию проверили при исходной влажности почвы 23,1 %. На опытном участке сравнили три варианта обработки стерни на глубину 20 см. Наилучшие результаты по сохранению влаги через 32 дня показала комбинированная схема, сформировавшая двухслойный экран.

1. Вспашка стерни на глубину 20 см.
2. Прикатывание для создания плотной подповерхностной прослойки.
3. Поверхностное рыхление боронованием для формирования мульчирующего слоя толщиной не менее 6 см.

Большое влияние на иссушение почвы при влажности в диапазоне ВРК–ВЗ (от влажности разрыва капилляров до влажности завядания) играет размер почвенных агрегатов. Увеличение доли глыбистой фракции расширяет объем некапиллярных пор, из-за чего резко возрастают диффузные потери воды. В условиях высоких летних и осенних температур глыбистый пахотный слой с высокой начальной влажностью может полностью лишиться продуктивной влаги менее чем за неделю.

Эффективность различных способов механической обработки почвы в период иссушения наглядно показывают результаты измерений влажности по горизонтам пахотного слоя:

В полевых опытах на выщелоченном черноземе весной, через 20 дней после обработки, влажность пахотного слоя с содержанием глыбистых агрегатов около 50% снизилась до 18,1%. На участках, где количество глыб не превышало 18–21,1%, потери влаги были существенно ниже. Летом в сухую жаркую погоду разница становится еще более выраженной: на неразделанной после пахоты почве на поле из-под кукурузы на силос влажность пахотного слоя всего за 8 дней упала с 22,7% до 16,8%.

Правила обработки почвы в засушливый период

Когда влажность в верхней части пашни опускается ниже влажности разрыва капилляров (ВРК), рыхлая почва со скважностью более 55–58% теряет воду значительно быстрее, чем умеренно уплотненная со скважностью 50–55%. Любые технологические операции по рыхлению в этот период требуют особой осторожности. Без последующей упаковки взрыхленного слоя потери влаги на испарение резко возрастают.

Создание мелкокомковатого защитного слоя на поверхности пашни предохраняет нижележащие слои от пересыхания. На черноземах в летний период такой экран начинает эффективно работать, если глубина рыхлого слоя составляет более 6–8 см. В идеальном случае верхняя часть пахотного горизонта должна состоять из агрегатов размером 1–3 мм — это сводит испарение к минимуму.

После Уборка колосовых">уборки колосовых предшественников высокую эффективность показывает плоскорезная почвозащитная обработка. Оставленная на поле стерня вместе с разрыхленным верхним слоем выполняет роль мульчи и способствует снегозадержанию. На обыкновенном черноземе в засушливые годы такая технология позволяет накопить в корнеобитаемом слое к началу сева яровых на 20–30 мм больше продуктивной влаги по сравнению со вспашкой на зябь.

• Размер структурных агрегатов для защиты от испарения — 1–3 мм
• Влагосберегающая скважность пахотного слоя — 50–55%
• Критическая скважность (высокие потери влаги) — более 55–58%
• Глубина рыхлого защитного слоя на черноземах — более 6–8 см
• Дополнительная влага после плоскорезной обработки — 20–30 мм