Влияние обработки почвы на строение и структуру пахотного слоя

Как вспашка меняет строение пахотного горизонта

Регулируя плотность и пористость почвы, агроном напрямую влияет на развитие растений и урожайность. Соотношение твердой фазы почвы и различных видов пор определяет, как в пахотном слое будут циркулировать вода и воздух. Современные орудия позволяют настраивать эти параметры под требования конкретной культуры и условия поля.

На черноземах Кубани выделяют четыре основных физических состояния пахотного слоя. Каждому из них соответствуют строго определенные показатели плотности и скважности. Эти данные помогают оценить степень уплотнения поля перед выбором технологии обработки.

Состояние пахотного слоя	Плотность, г/см³	Общая скважность, %	Соотношение капиллярных и некапиллярных пор, %
Очень рыхлое	Меньше 0,95	Более 64	Примерно 55 : 45
Рыхлое	0,95–1,1	58–64	Примерно 60–65 : 35–40
Плотное	1,25–1,36	49–52	Примерно 75–80 : 20–25
Сильно уплотненное	Более 1,35–1,45	Меньше 47–48	Доля некапиллярных пор снижается до 5–10

Обычная отвальная вспашка радикально меняет строение пахотного горизонта. Она резко увеличивает общую пористость почвы и снижает ее плотность. При этом также снижается доля капиллярных пор, что важно учитывать при планировании сева.

• Плотность почвы после вспашки — 0,8–0,9 г/см³
• Общая пористость — 60–65% и более
• Капиллярная скважность — 50–55% от объема пор

Такое разуплотнение особенно важно для выщелоченных и слитых черноземов, тяжелых луговых, темно-серых и серых лесных почв, а также уплотненных черноземов в западинах. На этих типах почв в южно-предгорной зоне Краснодарского края вспашка служит главным средством снижения избыточной капиллярной скважности. Однако качество крошения напрямую зависит от исходного состояния поля.

Качество крошения пласта напрямую зависит от влажности почвы во время работы. При обработке пересушенного поля с плотностью около 1,3 г/см³ и влажностью на уровне завядания (ВЗ) резко возрастает глыбистость. В то же время увеличение глубины вспашки на черноземах улучшает водопрочность верхнего слоя, так как наверх перемещается оструктуренная почва из подпахотных горизонтов.

Особенности безотвальной и поверхностной обработки

Применение культиваторов-плоскорезов при основной обработке крошит почву слабее, чем плуг. К началу весенних полевых работ плоскорезная обработка оставляет поле более плотным, чем классическая зябь. Величина этой разницы зависит от типа обрабатываемой почвы.

Тип почвы	Разница плотности по сравнению с зяблевой обработкой, г/см³
Общие показатели	0,1–0,15 (при плоскорезной обработке почва плотнее)
Тяжелые почвы южно-предгорной зоны	Близко к необработанным участкам

Плоскорезы работают на небольшую глубину — до 12–14 см — и практически не оборачивают пласт. В засушливых условиях это позволяет защитить разрыхленный слой от быстрой потери влаги. При этом сохраняются пожнивные остатки, которые защищают почву от ветровой эрозии.

Универсальные стрельчатые и рыхлительные лапы крошат землю значительно лучше плоскорезов. После их прохода пористость обработанного слоя превышает 65%, а плотность снижается до 0,8–0,9 г/см³. Доля некапиллярных пор при этом возрастает до 40–50% от общей порозности.

Как дискование, прикатывание и фрезерование изменяют пахотный слой

Дисковые лущильники и бороны разрыхляют только верхнюю часть пахотного горизонта. Правильный подбор агрегатов позволяет улучшить физические свойства этого слоя. Однако на влажных почвах механическое воздействие дисков может приводить к обратному эффекту.

Прикатывание влияет в основном на верхнюю половину пахотного горизонта. Плотность почвы после прохода катка зависит от его массы, исходной влажности и структуры поля. Если влажность почвы превышает 20–22 % от абсолютно сухой массы, уплотнение будет заметным. Напротив, в сухой почве (при влажности завядания и ниже) или при обилии крупных глыб катки практически не увеличивают плотность.

На тяжелых глинистых почвах связность сухих агрегатов очень высока, поэтому прикатывание мало меняет их структуру. Слитые черноземы, тяжелые серые лесные и луговые почвы при влажности около влажности завядания почти не реагируют на проход катков. Характер изменения выщелоченных черноземов под действием разных типов катков показан в таблице.

Марка катка	Удельное давление, г/см²	Влажность почвы и содержание агрегатов	Глубина уплотнения, см	Изменение плотности и скважности
ЗКК-6А	200–250	Около 22% влажности, комки >10 мм составляют 38% от массы пахотного слоя	8–10	Плотность верхнего слоя заметно возрастает
ЗКВГ-1,4	300	Оптимальная влажность почвы	до 12	Плотность верхнего слоя заметно возрастает
ЗКВГ-1,4	300	Около 16% влажности (влажность завядания)	0–5	Общая скважность в слое 0–5 см снижается не более чем на 2–4%, плотность меняется мало

Использование почвенной фрезы на выщелоченных и обыкновенных черноземах, а также на луговых почвах существенно разуплотняет обрабатываемый слой. Фрезерование сокращает количество глыб — например, на выщелоченном черноземе масса глыбистой фракции снижается на 20 % и более по сравнению со вспашкой. При этом риск перетирания почвы в пыль зависит от ее типа. На выщелоченном черноземе даже при низкой влажности количество пыли не растет, тогда как на обыкновенном черноземе в сухом состоянии фрезерование резко увеличивает долю пылевидной фракции.

• Плотность почвы после дискования — 0,8–0,9 г/см³
• Порозность почвы после дискования — 60–65 %
• Порозность почвы после фрезерования — свыше 65 %
• Доля некапиллярной скважности при фрезеровании — 40–45 %

Сколько сохраняется эффект от механической обработки почвы

Период, в течение которого почва сохраняет приданное ей сложение, зависит от ее механического состава и климатических условий. Тяжелые почвы с высоким содержанием физической глины и ила быстро уплотняются под действием обильных дождей. И наоборот, если почвенные агрегаты обладают высокой водопрочностью и крупнокомковатой структурой, пашня дольше сопротивляется заплыванию и усадке. Интенсивные ливневые осадки сводят на нет результаты обработки быстрее всего.

Дольше всего структура пахотного слоя сохраняется после работы плугом. На обыкновенных и типичных черноземах степной зоны разница в плотности и твердости между вспаханными и невспаханными участками четко прослеживается в течение двух лет. В более влажных условиях этот срок существенно сокращается.

В южно-предгорной зоне пахотное сложение разрушается гораздо быстрее из-за тяжелого механического состава почв и обилия осадков. В период влагонакопления здесь выпадает более 220–250 мм осадков, а содержание физической глины в почве достигает 75–80 %. Ситуацию усугубляет низкая водопрочность переувлажненных предгорных почв, которая весной на слитых черноземах составляет всего 25–36 %.

Показательные данные получены при контроле плотности слитых черноземов в опытах. Уже весной следующего после зяблевой вспашки года плотность почвы возвращается к показателям необработанных с осени участков. Разница между вспаханным и невспаханным фонами не превышает 0,05–0,07 г/см³, а во влажные годы полностью нивелируется.

Влияние осадков и проходов техники на плотность пашни

Эффект от культивации и обработки дисковыми орудиями держится недолго — всего несколько декад. Однократные сильные осадки интенсивностью более 20–30 мм могут полностью нивелировать результаты работы. На тяжелых почвах после таких дождей разница в плотности между обработанными и нетронутыми участками практически исчезает. Зубовые бороны дают еще более кратковременный эффект, который сохраняется лишь до первого дождя силой в 15 мм.

Тяжелая техника уплотняет пахотный слой тем сильнее, чем выше его влажность и тяжелее гранулометрический состав. На черноземах уплотняющее действие колес резко возрастает при влажности 24–25%. В южно-предгорной зоне, где преобладают глинистые почвы с содержанием физической глины более 70–80%, весеннее переуплотнение особенно велико. Под тонкой подсохшей коркой здесь долго сохраняется переувлажненный слой, который легко поддается деформации.

Гусеничные машины воздействуют на грунт значительно мягче. По следу гусеничного трактора плотность почвы возрастает всего на 0,15 г/см³ по сравнению с необработанным участком. На обыкновенных черноземах, содержащих меньше физической глины, весеннее переувлажнение выражено слабее, поэтому и вред от проходов колесной техники там ниже.

Глубина, см	Плотность почвы 16 мая, г/см³		Плотность почвы 29 августа, г/см³
	Вне следа	По следу	Вне следа	По следу
0–5	0,98	1,41	1,10	1,19
5–10	0,16	1,44	1,21	1,38
10–15	1,27	1,46	1,36	1,43
15–20	1,25	1,45	1,35	1,44
20–25	1,26	1,40	1,37	1,39
25–30	1,29	1,34	1,29	1,35

Физическая спелость почвы и качество крошения

Качество крошения пашни при обработке напрямую зависит от ее влажности. Лучше всего почва распадается на структурные элементы в состоянии физической спелости. В этот момент водные пленки вокруг почвенных частиц уже не дают им слипаться, но влаги еще недостаточно, чтобы почва стала пластичной и начала мазаться.

Для черноземов интервал спелости находится в границах от перехода пленочно-менисковой влаги в капиллярную до уровня чуть ниже наименьшей влагоемкости. Выше этой границы резко возрастают липкость и текучесть. Обычно физическую спелость связывают с влажностью разрыва капилляров, которая для выщелоченного чернозема составляет 23,6–25,5%.

• Физическая глина в почвах предгорий — более 70–80%
• Критическая влажность для уплотнения черноземов — 24–25%
• Окно спелости тяжелых почв весной — 5–10 дней
• Влажность разрыва капилляров выщелоченного чернозема — 23,6–25,5%

Среднеуплотненный пахотный слой выщелоченных и обыкновенных черноземов хорошо крошится при весовой влажности от 22 до 27%. На тяжелых почвах это окно гораздо уже: на слитом черноземе спелость наступает только при влажности 26–28%. Из-за этого тяжелые почвы южно-предгорной зоны и луговые почвы остаются спелыми очень недолго — весной этот период длится всего 5–10 дней. Если обрабатывать их раньше этого срока, почва нарезается крупными мокрыми глыбами, которые после высыхания становятся сверхпрочными.

Тяжелые почвы южно-предгорной зоны созревают для обработки значительно позже обыкновенных черноземов северных районов. Из-за высокого содержания глины они медленно отдают влагу весной. Под верхним подсохшим слоем толщиной 4–6 см переувлажненный пласт может сохраняться от 10 до 20 дней. Его иссушение ускоряется только после появления глубоких трещин.

Как скорость обработки, мороз и влажность влияют на структуру пашни

Увеличение скорости движения агрегатов позволяет раньше начинать весенние полевые работы. Скоростная обработка расширяет диапазон физической спелости почвы, благодаря чему слои с повышенной влажностью крошатся значительно лучше. Например, при увеличении скорости плуга с 1,06 до 1,46 м/с на черноземах почва хорошо крошится даже при влажности на 15–20 % выше оптимальной. При скорости 1,46 м/с качество крошения остается удовлетворительным даже на нижнем пределе пластичности почвы.

Ни одно почвообрабатывающее орудие не сравнится по качеству подготовки пашни с естественным действием мороза. Если вторая половина зимы была холодной и морозной, после весенней обработки почва приобретает идеальную мелкокомковатую структуру. В условиях дождливой зимы со слабым промораживанием весенняя обработка неизбежно дает более глыбистый агрегатный состав. Мороз наиболее эффективно «облагораживает» структуру умеренно влажной и рыхлой пашни.

В плотной и переувлажненной почве вода удерживается в тонких порах сорбционными силами и замерзает при более низких температурах. Когда все поры заполнены водой, расширение льда не разрыхляет почву, а лишь увеличивает глыбистость при весенней обработке. Такое явление характерно для предгорных переувлажненных почв. Главное условие для качественной весенней подготовки таких участков — предварительная ликвидация зимне-весеннего застоя влаги.

Любое механическое воздействие на пашню приводит к разрушению структуры и образованию пыли. Степень распыления зависит от влажности почвы в момент прохода техники и ее механического состава. Сухая почва с низким содержанием глины наиболее уязвима к механическому перетиранию рабочими органами.

• Увеличение скорости плуга для влажной почвы — с 1,06 до 1,46 м/с
• Допустимое превышение влажности при скоростной вспашке — на 15–20 %
• Предел пыли в сухом выщелоченном черноземе после 10 обработок — 9–10 %
• Предел пыли в сухом обыкновенном черноземе при многократной обработке — до 12–18 %

Тип почвы	Состояние и влажность	Интенсивность и вид обработки	Содержание пыли после обработок
Чернозем суглинистый	Спелое состояние	Интенсивная обработка	Не увеличивается (на исходном уровне)
Чернозем выщелоченный	Спелое состояние (влажность 24,8 %)	Многократная обработка	Не более 4–5 %
Чернозем выщелоченный	Сухое состояние	10-кратная (культиватор, борона, лущильник, каток)	Увеличивается с 4–5 % до 9–10 %
Чернозем обыкновенный	Спелое состояние	Многократная обработка	Практически не увеличивается
Чернозем обыкновенный	Сухое состояние	Многократная обработка	Возрастает до 12–15 % (в отдельных случаях до 18 %)