Научные основы обработки почвы

Лекция 22

Тема – Научные основы обработки почвы

План

1. Основные задачи обработки почвы.

2. Механическое воздействие.

      3. Технологические свойства почвы.

4. Технологические операции.

В первобытном обществе человек начал переходить от сбора плодов, охоты к постоянному возделыванию растений, то есть к земледелию. И уже тогда люди знали, что растения лучше растут на разрыхленной, свободной от сорняков почве, то есть обработанной, чем на необработанной. Безусловно, что первые орудия для обработки почвы были примитивные и этот период относится к неолиту (около 7000-5000 лет до н.э.). Первым орудием была заостренная палка, которая в дальнейшем превратилась в лопату. От заостренной палки через мотыгу совершенствование орудий для обработки почвы выходит на деревянный плуг, с использованием тягловой силы прирученных домашних животных – волов, лошадей и др. Изобретение плуга было большим прогрессом в жизни человека, так как это позволило обрабатывать сравнительно большие площади. Земледелец в таких условиях мог произвести больше продукции, чем ему требовалось для пропитания. А это уже в далекой древности приводило к разделению труда.

Деревянный плуг и в настоящее время применяется в отдельных слабо развитых странах Азии и Африки. Плуг, как почвообрабатывающее орудие, с железным лемехом, отвалом в Европе получил распространение только в 18 веке.

Рекомендуемые материалы

Железный плуг в Европе был изобретен в конце 18 – начале 19 веков. С появлением железного плуга земледелие достигло значительного подъема.

До появления железного плуга глубина обработки почвы находилась в пределах 10-12 см, а с появлением железного плуга обработка стала возможна на 12-15-25 и даже 30 см. Уже тогда стали применять «двойную вспашку», когда в одной борозде идут два плуга – один за другим. Таким образом, уже в начальный период развития земледелия применялся прием, позволяющий обрабатывать почву на значительную глубину.

С развитием в Европе промышленности в середине 19 века началось серийное производство железных плугов. В 1863 году немцем Саком был изобретен первый плуг на колесах, что позволило вести обработку почвы на заданную глубину. Изобретение плуга с двигателем, впоследствии от которого произошел трактор, со всеми его навесными и прицепными орудиями положило основу прогресса в земледелии, который и в настоящее время постоянно видоизменяется и совершенствуется.

Научно обоснованная обработка почвы является важнейшим элементом и представляет собой механическое воздействие на почву рабочими органами машин и орудий, с целью создания оптимальных условий для культурных растений путем направленного изменения ее водно-воздушного, теплового и питательного режимов.

Основные задачи обработки почвы

Правильная обработка почвы оказывает положительное влияние на сложение пахотного слоя, на водопрочность структуры, ее водный, воздушный и тепловой режимы, на биологические и биохимические процессы, способствует уничтожению сорной растительности, вредителей и болезней.

Нарушение технологии обработки почвы вызывает уплотнение и переуплотнение почвы, формирование так называемой «плужной подошвы», разрушение структуры, а это вызывает изменение в неблагоприятную для культурных растений сторону водного, воздушного, теплового и питательного режимов. А все  это приводит к явлениям эрозии и дефляции.

Основными задачами обработки почвы являются:

1. Изменение строения пахотного слоя почвы и ее структурного состояния с целью создания благоприятного водно-воздушного и теплового режимов для роста и развития культурных растений.

2. Усиление биологической активности, пищевого режима почвы, круговорота питательных веществ путем извлечения их из более глубоких горизонтов.

3. Уничтожение сорных растений, некоторых вредителей и возбудителей болезней сельскохозяйственных культур.

4. Заделка в почву растительных остатков, органических и минеральных удобрений.

5. Лишение жизнеспособности многолетней растительности при обработки целинных и залежных земель, пласта многолетних трав.

6. Создание условий для заделки семян культурных растений на оптимальную глубину и их дружного прорастания.

7. Защита почвы от эрозии и дефляции.

Правильная механическая обработка почвы имеет важное значение в повышении эффективного плодородия почвы. Она является одной из важнейших дорогостоящих производственных операций в земледелии.

Любой прием обработки почвы оказывает существенное влияние на строение и плотность всего или части пахотного слоя почвы. Правильно обработанная почва хорошо пропускает и аккумулирует воду как в пахотном, так и в подпахотном слоях почвы. В условиях крайне засушливой и засушливой зон Ставропольского края задача обработки почвы заключается не только в том, чтобы накопить наибольшее количество влаги, но и в том, чтобы ее сохранить в почве, чтобы ее было достаточно на весь вегетационный период культуры. При условии переувлажнения задача обработки почвы состоит в отводе излишков влаги и создании благоприятного водно-воздушного режима почвы.

Механическая обработка почвы является одним из основных средств уничтожения нежелательной сорной растительности, она способствует максимальной эффективности вносимых удобрений, применяемых средств защиты растений, чередования культур, мелиоративных мероприятий и т.д. Чрезмерная механическая обработка почвы практически на всех типах почв ведет к усиленным окислительным процессам и, в конечном итоге, к потере гумуса. А это, в свою очередь, снижает качественные показатели физического состояния почвы – структуры, ее водопрочности, аэрации, водопроницаемости и т.д. Это приводит к смыву, размыву и выдуванию почвы. Движение по полю сельскохозяйственной техники приводит к уплотнению и переуплотнению почвы.

Механическая обработка почвы требует больших материальных и финансовых затрат. Поэтому совершенствование приемов и систем обработки почвы в разрезе зон с целью снижения кратности и глубины обработки является одной из важнейших задач земледелия Ставрополья.

Механическое воздействие

Важнейшей задачей обработки почвы является ее рыхление. Почва под воздействием машин и орудий при обработке, внесении удобрений, проведении защитных мероприятий, уборке и т.д. уплотняется. Уплот­нение происходит и под влиянием погодных условий из-за недостатка воды в почве, в результате чего ухудшается структурное состояние почвы, ее спелости. Причиной этому является недостаточный запас влаги и плохая аэрация почвы.

Содержание гумуса в почве играет решающую роль в интенсивности рыхления. Чем больше гумуса в почве, тем выше структура и благоприятнее сложение почвы, и, в большинстве случаев, сравнительно долго сохраняет разрыхленное состояние. При низком содержании гумуса в почве сразу после обработки ее наблюдается высокая пористость, но это состояние продолжается непродолжительное время и такая почва скоро вновь возвращается к исходному плотному состоянию и требует опять разрыхления. Это приводит к повышенным затратам труда и средств и значительно удорожает производимую продукции.

Разрыхление почвы усиливает процессы аэрации, а последнее приводит к усилению микробиологической деятельности. Микроорганизмы ускоряют минерализацию органической части почвы: растительных ос­татков, детритов, гумуса и в результате этого освобождаются нужные для растений минеральные соединения, которые до этого были в недоступном для растений состоянии. Чем интенсивнее почва обрабатывается, тем сильнее происходят процессы минерализации гумуса, имеется в виду, при нормальном водном режиме почвы. При возделывании пропашных культур, когда механическое воздействие на почву сравнительно интенсивное, минерализация в почве гумуса происходит примерно вдвое сильнее, чем при возделывании, например, зерновых озимых культур. Поэтому при столь интенсивном использовании пашни необходимо заботиться о постоянном и достаточном внесении в нее органических и минеральных удобрений.

Технологические свойства почвы

Качество обработки существенно зависит от технологических свойств почвы, так как они определяют степень ее оборачиваемости, крошения, рыхления, перемешивания и уплотнения. В земледелии к технологичес­ким свойствам почвы относят: связность, пластичность, липкость и физическую спелость.

Связность почвы - это способность ее противостоять механическому воздействию. Связность почвы зависит от влажности, солонцеватости, гранулометрического состава. Наиболее высокой связностью обладает почва тяжелого механического состава при низкой влажности. Такие почвы плохо крошатся. При оптимальной влажности крошение возрастает. Дальнейшее увеличение влажности такой почвы приводит к нарастанию пластичности и липкости, при этом почва практически не крошится, прилипает к рабочим органам орудий, увеличивает сопротивление (табл. 22).

Границы влажности старопахотных среднесуглинистых почв, обеспечивающих качество обработки (А. Ф. Пронин), % массы абс.сухой почвы

Интервал влажности агротехнически допустимого качества обработки почвы для черноземов составляет 15-24, каштановых-13-23, каштановых солонцеватых –13-20 % от массы абсолютно сухой почвы.

Пластичность почвы – это способность изменять и сохранять приданную форму при обработке орудиями без распадания на мелкие комочки.

Липкость почвы - это способность ее прилипать во влажном состоянии к рабочим органам почвообрабатывающих орудий. При обработке почвы липкость играет отрицательную роль, вызывая залипание рабочих органов, увеличивая тяговое сопротивление и снижая качество техно­логических операций.

При обработке сухих и переувлажненных почв тяжелого грануломет-рического состава (глинистых и суглинистых) разрушается ее структура. Поэтому очень важно выбрать оптимальный срок обработки, так как эти почвы можно обрабатывать при узком интервале оптимальной влаж­ности, при более низких показателях связности и пластичности.

Почвам легкого гранулометрического состава (песчаные, супес­чаные) присущи совершенно другие свойства. В сухом состоянии они не обладают связностью. Увлажнение их ведет к некоторому росту свя­зности за счет образования водных пленок на поверхности частиц, но при дальнейшем увеличении влажности связность падает. Почвы легкого механического состава пластичностью почти не обладают, поэтому их можно обрабатывать в более широком диапозоне влажности.

Интервал влажности, при котором почва при обработке с наименьшими усилиями хорошо крошится и не прилипает к орудиям обработки, называют физической спелостью. Обработка физически спелой почвы поз­воляет получать лучшее качество крошения, рыхления и перемешивания, обеспечивая повышение урожайности сельскохозяйственных культур.

Под пригодностью почвы обработке понимают также их удельное сопротивление, которое они оказывают орудиям обработки в зависимости от вида почвы, содержания воды и гумуса. Рыхлые гумусированные песчаные почвы по этому показателю диаметрально противоположны связным глинистым почвам.

В определенные периоды на тяжелых почвах особенно трудно добиться гомогенного мелкокомковатого строения. Решающую роль при этом играет содержание глинистых фракций почвы. Вследствие очень малого размера частиц глинистая фракция, наряду с важнейшими сорбционными свойствами развивает большие поверхностные силы, которые являются основой поглощения и отдачи воды, липкости и связности, а также спо­собствуют сжатию и набуханию почвенной массы. При сжатии в таких почвах образуется трещины, которые осуществляют разрыв корневой сис­темы возделываемых культур и усиленное испарение влаги с почвенных и подпочвенных слоев почвы.

Оптимальная влажность для обработки тяжелых почв находился в пределах 50 % полевой влагоемкости. Суглинки можно хорошо обрабатывать в более широком интервале влажности - 40-60 % наименьшей влагоемкости.

Наряду с механическим составом и влажностью почвы качество обработки почвы зависит от структуры и сложения почвы. Последние могут значительно расширить интервал влажности, пригодности почвы к оптимальной обработке, например механическим составом, как в сторону увлажнения. Так, хорошо оструктуренная почва с высокой пористостъю может лучше поглощать избыточное количество влаги, чем уплот­ненная. То же самое происходит при высыхании почвы. Чем выше пористость почвы, тем шире пределы пониженной влажности, при которых возможна обработка почвы. Это имеет большое практическое значение. Так, например, дискование тяжелой почвы сразу после уборки зерновой культуры с целью ее разрыхления и уничтожения сорняков позволяет качественно проводить основную обработку под посев озимых культур при сравнительно низкой ее влажности.

Достаточное обеспечение почвы органическим веществом играет существенную роль в формировании структуры, которая положительно влияет на пригодность почвы к механическим обработкам. Решающую роль в этом также играют следующие агротехнические условия: углубление пахотного слоя почвы, интенсивность обработок, севооборот и способ использования выращиваемых культур.

Технологические операции

Механическое воздействие на почву почвообрабатывающими орудия­ми (плугами, дисковыми и зубовыми боронами, культиваторами и др.), в результате которого происходит подрезание пласта, крошение, раз­рыхление, уплотнение ниже лежащего слоя почвы, называют технологиче­скими операциями. То или иное почвообрабатывающее орудие оказывает определенное воздействие, и задача агронома заключается в том, чтобы обработку проводить таким орудием, так воздействовать на почву, чтобы в ней формировались оптимальные условия для растений, то есть чтобы почва была хорошо аэрирована, хорошо прогревалась, уничтожа­лись сорняки, сохранялась влага или устранялись ее избытки при переувлажнении и т.д.

При обработке почвы орудиями наблюдаются следующие технологические операции: оборачивание, крошение, рыхление, перемешивание, уп­лотнение, выравнивание, подрезание сорняков, нарезка борозд и греб­ней, сохранение стерни на поверхности почвы.

Оборачивание почвы - это взаимное перемещение слоев или горизонтов почвы в вертикальном направлении. Цель оборачивания - заделка в почву надземных остатков растений, удобрения, семян сорняков, болезнетворных начал, вредителей сельскохозяйственных культур.

В процессе возделывания сельскохозяйственных культур под воздействием осадков, солнечной инсоляции, передвигающейся по полю сель­скохозяйственной техники происходит дифференциация пахотного слоя.

Как правило, верхняя часть почвы становится более распыленной и уплотненной по сравнению с нижней. При оборачивании эта часть почвы сбрасывается на дно борозды, а наверх перемещается нижний оструктуренный слой. Оборачивание более глубоких подпахотных слоев на черноземных  почвах способствует окультуриванию в пахотной части и, таким образом, увеличению мощности пахотного слоя почвы. При этом нижние слои почвы имеют лучшие физические свойства и практически не имеют семян сорняков. Верхние части пахотного слоя имеют большое количество питательных веществ, чем нижние. Попадая в нижние слои, питательные вещества верхнего слоя лучше используются корневой системой растения.

Частота оборачивания почвы и глубина перемещения пахотного и подпахотного слоев должны меняться в зависимости от природных условий, засоренности полей, особенно корневищными и корнеотпрысковыми сорняками, и возделываемых культур.

Но оборачивание почвы не всегда полезно. В засушливых условиях Ставропольского края в весенне-летнее время при перемещении более влажного слоя на поверхность почвы последняя быстро высыхает и легко поддается дефляции, что приводит к резкому снижению плодородия почвы.

Оборачивание почвы осуществляется отвальными орудиями - плуга­ми, лущильниками.

Рыхление - это изменение взаимного расположения почвенных отдельностей с образованием более крупных пор. Рыхление увеличивает пористость и аэрацию почвы. В разрыхленной почве улучшается водный и воздушный режимы, усиливается деятельность почвенной биоты, активнее идут процессы разложения органических веществ, в результате которых накапливаются в почве питательные элементы, доступные для растений.

Особое значение рыхление имеет для более глубокого проникновения корневой системы растений. При мощном развитии корневой системы растений в разрыхленном слое она способна в большем количестве и на большую глубину проникать в более плотные подпахотные слои почвы, что играет существенную роль в обеспечении растений водой и питательными веществами.

Каждая сельскохозяйственная культура требует определенной оптимальной рыхлости почвы. Пропашные культуры - свекла, кукуруза, подсолнечник, картофель и др. -  требуют более разрыхленной почвы, а культуры сплошного сева - пшеница, ячмень, овес, просо и др. - требуют более плотной почвы.

Выпадение осадков, передвижение по полю сельскохозяйственной техники способствуют уплотнений почвы, поэтому рыхление должно периодически повторяться, количество рыхлений зависит от типа почвы, ее гранулометрического состава, оструктуренности, степени и характера засоренности полей и возделываемых культур.

Рыхление почвы осуществляется плугами, дисковыми и зубовыми боронами, лущильниками,   культиваторами и др. сельскохозяйственной техни­кой.

Крошение - это разрушение крупных комков и глыб на более мелкие отдельности для меньшего испарения влаги, лучшего контакта с почвой семенного материала, лучшей аэрации почвы, предотвращения явлений де­фляции и эрозии.

Крошение почвы происходит при работе практически всех почвообрабатывающих орудий. При интенсивной необоснованной обработке почвы крошение сопровождается образованием в большом количестве пылевидной фракции, которая легко выдувается и вымывается из почвы, то есть приводит к дефляции и эрозии.

Перемешивание - это изменение взаимного расположения почвенных отдельностей, растительных остатков, органических и минеральных удо­брений, гербицидов, обеспечивающее однородное состояние обрабатываемого слоя почвы. Перемешивание создает в почве условия для лучшей минерализации органических веществ и более полного использования тру­днодоступных питательных веществ за счет активизации в пахотном слое деятельности микроорганизмов.

Перемешивание почвы не допускается на эрозионно-опасных и дефля-ционноопасных полях при необходимости создания уплотненной прослойки в профиле пахотного слоя для сокращения испарения воды, при оставле­нии после обработки стерни на поверхности почвы, а также при послой­ном и локальном внесении органических и минеральных удобрений. Перемешивание почвы осуществляется почвенными фрезами, дисковыми лущи­льниками и боронами, культиваторами, плугами и т.д.

Уплотнение - это процесс, противоположный рыхлению почвы, необходимый для изменения взаиморасположения почвенных отдельностей с обра­зованием мелких пор. В результате уплотнения почвы осуществляется бо­лее тесное размещение почвенных агрегатов, увеличивается капиллярная и уменьшается некапиллярная и общая пористость.

Уплотнение чаще всего необходимо на почвах легкого механического состава, только что обработанных перед посевом большинства культур, особенно мелкосемянных. Этот прием наиболее эффективен в засушливых условиях. Уплотнением добивается создание твердого ложа для семян сельскохозяйственных культур, что обеспечивает более благоприят­ные условия для их прорастания. В уплотненном слое создаются капилляры и за счет менисковых сил к семенам,  лучше подтягивается влага.

Послепосевное уплотнение способствует лучшему соприкосновению семян с почвенными частицами, поэтому семена в таких условиях быстрее дают дружные всходы. После уплотнения почвы всходы культуры на нес­колько дней появляется раньше и увеличивается полевая всхожесть се­мян.

Для культур с мелкими семенами (люцерна, донник и др.) уплотнение почвы надо проводить до посева, чтобы обеспечить заделку семян на одинаковую глубину. Уплотнение верхнего слоя почвы предупреждает вы­дувание мелких частиц почвы.

Люди также интересуются этой лекцией: Система статистического приёмочного контроля качества.

Выравнивание обеспечивает устранение неровностей поверхности почвы. При этом создаются условия для посева и ухода за посевами. На поле с невыровненной поверхностью практически невозможно добиться равномерности заделки семян: одни заделываются глубоко, другие мель­че или даже остаются на поверхности почвы. В таком случае появляются недружные всходы и изреженные, что уже заведомо ведет к недобору урожая. Гребнистая или глыбистая поверхность почвы испаряет влаги бо­льше, чем выровненная. Поэтому, особенно в засушливых условиях, одновременно с пахотой, культивацией или лущением необходимо проводить боронование, шлейфование или прикатывание при весенне-летних обработках почвы. Выровненность поля и мелкокомковатое состояние почвы по­ложительно влияет на ее тепловой режим.

Выравнивание поверхности почвы широко применяется при подготовке поля к поливу и называется в земледелии такой прием планировкой. В этом случае создаются условия для обеспечения равномерного распреде­ления воды при поливе по полю.

Подрезание сорняков обычно совмещается с выполнением оборачивания, рыхления, перемешивания и выравнивания почвы. Для борьбы с корневищными, корнеотпрысковыми сорняками применяют многократные подрезания по мере их отрастания.

Для подрезания сорняков используют плуги, культиваторы.

Создание микрорельефа путем нарезки борозд, гребней, гряд проводится в зоне избыточного увлажнения для отвода воды, регулирования воздушного, теплового и питательного режимов почвы и сохранения ее от эрозии. На тяжелых почвах при переувлажнении складываются неблагоприятные условия для роста и развития сельскохозяйственных культур - нехватка кислорода, избыток углекислоты, недостаток питательных веществ из-за замедленных микробиологических процессов. Переувлажнение почвы тяжелого механического состава весной долго остаются холодными, то есть плохо прогреваются. Поэтому нарезка борозд, гребней и гряд позволяет увеличить мощность пахотного слоя и коренным образом улучшить обеспеченность растений факторами жизни - водой, теплом, воздухом и питательными веществами.

Сохранение стерни на поверхности почвы играет большую роль при возделывании сельскохозяйственных культур на почвах, подверженных дефляции и эрозии. Стерня, оставленная при обработке почвы, предохраняет ее от выдувания, задерживает максимальное количество снега, уменьшает глубину промерзания почвы и улучшает водный режим полей в засушливых условиях. Чтобы сохранить стерню на поверхности почвы используют противоэрозионную технику - глубокорыхлители-плоскорезы, культиваторы-плоскорезы, бороны игольчатые, сеялки стерневые.