Комплексная засуха (и почвенная засуха как одно из ее частных проявлений)в специальной литературе зачастую рассматривается утилитарно- с точки зрения ее неблагоприятного влияния на урожайностьсельскохозяйственных земель. Вместе с тем, все типы засухи и связанныйс ними дефицит влаги в почве являются составной частью годичной/многолетней климатических циклов. При этом засухи являются однимиз факторов, накладывающий отпечаток на динамику, направленностьи интенсивность элементарных почвообразовательных процессов. Темсамым засуха сказывается на функционировании почвенной экосистемы.
В этом смысле нами неоднократно отмечалось, что сухиеи засушливые периоды/годы являются одним из факто-ров, которые способствовали формированию гумусовогои карбонатного профиля чернозёмов нашего региона. Ихсинхронное развитие обеспечивают стабильность при-родного тренда – эволюции чернозёмов региона. Приэтом мы обращаем внимание на то, что в определенныхусловиях природного ландшафта чернозёмы обладаютмеханизмами снижения эффекта засухи. Последние свя-заны со способностью почвы управлять полезными функ-циями порового пространства по сохранению/консерви-рованию почвенной влаги (Jigau, Senic, 2008).В условиях антропогенных ландшафтов эти механизмыпочвы существенно ослабевают, в связи с этим почвы бо-лее уязвимы при дефиците влаги. В этом смысле мы не-однократно обращали внимание, что засухи/засушливые периоды в нашем регионе всегда были и всегда будут.Мы не разделяем мнение, что они стали чаще и сильнее.Вернее сказать – почвы стали более уязвимы к дефицитувлажности.К тому же, в условиях засухи в почве протекают процес-сы, способные вызвать в перспективе кумулятивныйэффект засухи.
А он ощущается и в годы с нормальнымколичеством атмосферных осадков. В этом смысле отме-чаем, что дефицит влаги в почве приводит к усилениюэффекта агрогенной стратификации биофизическогопрофиля почвы.Агрогенная стратификация предполагает несколькоуровней. Первый уровень предполагает дифференци-ацию биофизического профиля на пахотный и подпа-хотный горизонты. Это выражается в явном разделении агрогенного слоя почвы на два слоя существенно, отли-чающихся по значениям плотности сложения. Пахотныйгоризонт характеризуется средними значениями плотно-сти сложения – ниже 1г/см3. В начале вегетации плотностьсложения в пахотном горизонте иногда составляет 0,84-0,85 г/см3. В конце вегетации, чаще всего его плотностьварьируется в интервале 0,92-0,97 г/см3. А подпахотныйгоризонт резко отличается значениями плотности сложе-ния – более 1,35 г/см3, и он может дойти до показателей вдиапазоне 1,57-1,60 г/см3.
Второй уровень организации агрогенного слоя предпо-лагает стратификацию пахотного и подпахотного слоя на подслои, обладающие различной плотностью сложения.В этом смысле пахотный горизонт предполагает наличиеповерхностного слоя с плотностью сложения менее 1г/см3 и последующий слои со значениями плотности сло-жения, варьирующими в интервале 1,0-1,18 г/см3. Под-пахотный горизонт разделяется на два слоя: верхний, сплотностью 1,31–1,40 г/см3, и нижний – с плотностью сло-жения более 1,41г/см3.С учетом выше отмеченных особенностей строения агро-генного слоя пахотных чернозёмов, нами выделены не-сколько типов строения биофизического профиля (Jigau,2015) (таб.1). Излишне рыхлый агрофизический профиль характери-зуется неблагоприятными условиями для взаимодей-ствия корней с почвой. В то же время излишняя пороз-ность и аэрация обуславливает интенсивное физиче-ское испарение влаги с поверхности почвы и диффузноеиспарение влаги из нижележащих слоев.
Вследствиеэтого агрогенный слой этих почв характеризуется оченьнизкой влагостойкостью и очень низкими запасами про-дуктивной влаги. В связи с этим, в таких почвах оченьрано наступает дефицит влаги даже в нормальные кли-матические годы.Рыхлый агрофизический профиль характеризуется оп-тимальными условиями для развития корневой систе-мы, хорошей водопроницаемостью и влагоёмкостью.Вместе с тем, из поверхностного слоя часть влаги теря-ется на испарение. В связи с этим, в засушливые годы/периоды ощущается дефицит влаги, что сказывается, вконечном итоге, на продуктивности сельскохозяйствен-ных культур.Корковый агрофизический профиль отличается слитымсостоянием самого верхнего слоя. Вследствие этого онхарактеризуется крайне низкой водопроницаемостью(<15 мм, 6 часов) и влагоёмкостью и очень низкими за-пасами продуктивной влаги. В этих условиях растениястрадают от недостатка влаги уже в начальных фазахразвития.Другие три типа (поверхностно, средн- и глубоко плот-ные) агрофизического профиля характеризуются нали-чием подпахотного горизонта в интервале глубин 10-15см и препятствуют водному и газовому обмену междупахотными и нижележащими горизонтами, в связи с чем,влага концентрируется главным образом в поверхнос-тном (пахотном) слое.
В то же время подпахотный гори-зонт препятствует проникновению корневой системыв нижние горизонты почвенного профиля. Вследствиеэтого эзофизический объём лимитируется мощностьюпахотного горизонта, и растения не могут использоватьпотенциал средней и нижней части почвенного профиля.Вследствие этого культурные растения сильно уязвимы кзасухе/дефициту атмосферной влаги.Существенные изменения претерпевает агрегатный со-став почвы. Это проявляется в интенсификации роли двухпротивоположных процессов эволюции агрегатного со-става: измельчение структуры с образованием агрегатов<0,25 мм (почвенных агрегатов) и укрупнение структурыс образованием агрегатов >10 мм (глыбистых агрегатов).Отмеченные процессы неблагоприятно сказываются навзаимодействии почвы с водой.В этом смысле отмечаем, что как в глыбистой почве, таки в распыленной почве промачивание незначительное. Впоследнем случае даже от небольшого дождя образуетсякорка и дальнейшее проникновение воды вглубь почвыкрайне затруднительно и ничтожно. Также ведут себя иглыбистые почвы. Если с поверхности глыбы и промачи-ваются, то внутрь глыб вода может проникнуть только струдом — по капиллярам.
Поэтому здесь почва остается су-хой, т.к. осадки вследствие больших пустот между глыба- ми быстро проникают вглубь, а ветры легко высушиваютповерхность глыб. Следовательно, как глыбистая, так иизлишне распыленная почва не в состоянии задерживатьв себе влагу.Только мелкокомковатая и зернистая структура (5-3 и 3-1мм) создают наилучшие условия для корней возделыва-емых культур: в неё хорошо впитывается и удерживаетсявлага, которая пропитывает все структурные агрегаты, амежду агрегатами остается ещё достаточно крупных про-межутков и для воздуха. Вместе с тем, мелкокомковатая изернистая структуры претерпевают существенные изме-нения, вызванные растрескиванием и уплотнением агре-гатов. Как один, так и второй процесс приводят к снижениювлагоёмкости мелкокомковатых и зернистых агрегатов.Мониторинг эволюции порового пространства в услови-ях природно-антропогенной аридизации показывает, чтоагротехнические причины сказываются лишь на общийобъём пор и межагрегатную порозность.
Исследованиями установлено, что пахотный горизонтчернозёмов обособляется тремя состояниями поровогопространства:
1. Значительный интервал вариабельности общего объ-ёма пор – от излишнего (более 65%,во время весеннегоцикла) до крайне неудовлетворительного (<40%, в пери-од интенсивного развития корневой системы почвы).
2. В течение холодного периода года между этими двумякрайними состояниями наблюдается сближение. Междутем, это явление происходит за счёт увеличения общегообъёма пор. В этих условиях практически не воспроизво-дятся равновесные значения порозности, характерныеконкретным условиям ландшафт. Таким образом, в пахот-ном горизонте устанавливается специфическая циклич-ность порового пространства.
3. На фоне относительно оптимальных объёмов общейпорозности отмечается существенное увеличение объё-ма межагрегатной порозности и, соответственно, умень-шение объёма агрегатной порозности. Объём межагре-гатной порозности (порозность аэрации) в пахотномслое составляет до 60-75% от общей порозности. В этихусловиях из пахотного горизонта происходит ускорен-ное испарение влаги. Особенно интенсивно этот процесспротекает в период апрель-май, когда почва не покрытарастениями.
По нашим подсчётам в этот период в цен-тральной части республики теряются от 35 до 40% общихзапасов влаги. Установлено также, что уменьшение общихзапасов влаги происходит за счёт продуктивных запасов.Вследствие этого в пахотном горизонте рано наступаетдефицит влаги, в связи с чем, растения в этих условияхстрадают практически весь вегетационный период от не-достатка влаги. Особенно интенсивно это проявляется взасушливые годы.В текущем году уже в начале мая – там, где осеню 2014года была проведена вспашка – запасы влаги в отрез-ке пахотного горизонта составляла лишь на несколькопроцентов больше влажности завядания. На фоне мини-мальной обработки и глубокого рыхления без оборотапласта запасы влаги установились ниже уровня крити-ческой влаги.В июне влажность в верхнем отрезке пахотного горизон-та составляла меньше максимальной гигроскопичности(6,50-8,72%), которая абсолютно недоступна растениям.Начиная с этого месяца и вплоть до конца вегетационно-го периода, в пахотном горизонте запасы влаги сохраня-лись на уровне меньше влажности завядания.В пахотном горизонте создаётся так же специфическийрежим порозности. Плотное сложение подпахотногогоризонта обуславливает резкое сокращение общегообъёма пор.
Здесь общая порозность по сравнению с па-хотным горизонтом уменьшается на 11-18%. Вследствиеэтого образуется прерывчатое поровое пространство,которое препятствует развитию корневой системы и еёпроникновению в нижние горизонты профиля. В то жевремя, интенсивное иссушение этого горизонта в услови-ях почвенной засухи приводит к образованию микротре-щин, которые способствуют увеличению межагрегатной порозности. Её объём здесь составляет 30-35% (около70-75% от общего объёма пор). По этим пустотам проис-ходит очень интенсивное диффузное испарение влаги, всвязи с чем, средняя и нижняя части почвы теряют боль-ше 50% запасов продуктивной влаги.
Наряду с вышеотмеченными явлениями систематизациянаших исследований на площадь около 1000 га в 2015году выявила следующие закономерности:– Почва, как и любая дисперсная система, стремится кминимуму свободной энергии, т.е. она самоуплотняет-ся. В этом смысле, после обработки почва вначале рез-ко увеличивает объём порового пространства, а затемв ней устанавливается некое равновесное значениеплотности. Время релаксации и равновесная плотностьявляются квазипостоянными величинами, синхронизи-рующимися с почвенными, погодными и агротехниче-скими условиями.– Чем легче почва по гранулометрическому составу, темхуже в ней выражены процессы агрегации, тем вышеплотность укладки элементарных частиц и меньше пори-стость (как общая, так и особенно межагрегатная).
Такаяпочва легче подвергается рыхлению, но её агрономиче-ская ценность невелика.– Чем больше в почве содержится тонкодисперсныхорганических, минеральных и органоминеральных эле-ментарных частиц, тем выше уровень её агрегирован-ности, выше пористость и её агрономическая ценность.В почвенно-технологическом отношении такая почвауже при незначительном содержании влаги становитсяпластичной и липкой. Оптимизировать ее свойства до-статочно трудно и возможно только в состоянии физи-ческой спелости.– Интенсивность механического рыхления зависит от ве-личины общей пористости. Чем она выше, тем меньшепотенциал прочности почвенного слоя, и тем более ща-дящим должно быть рыхление.Установленные закономерности позволяют сделать вы-вод, что поровое состояние почвы и, в частности, соотно-шение в ней меж- и внутри агрегатных пор являются важ-ными диагностическими признаками почвы как объектамеханической обработки.
Это является одним из главныхпараметров, на основании которого идентифицируетсянаиболее приемлемый агротехнический прием для кон-кретных ландшафтных условий (ландшафтная адаптацияагротехнических приемов).Другим важным параметром являются разница междукрайними показателями плотности в пахотном горизон-те, соотношение между внешней и внутриагрегатнойпорозностью в процессе релаксации, а также скорость(период) установления равновесного состояния. В этомконтексте наиболее приемлемы рекомендации, разрабо-танные В. В. Медведевым:– Если величина общей пористости весной близка к опти-мальной величине, а соотношение объёмов меж- и вну-триагрегатных пор – около 1,0, механическая обработка,если она необходима для уничтожения сорных растенийдолжна быть максимально щадящей.– Если величина общей пористости меньше оптималь-ной, а соотношение объёмов меж- и внутриагрегатныхпор меньше единицы, механическая обработка должнапроводиться в щадящем режиме и не должна превышатьсил сцепления агрегатов агрономического размера;– Если величина общей пористости выше оптимальной, асоотношение объёмов меж- и внутриагрегрегатных порвыше 1,0 должно быть проведено прикатывание почвыв щадящем режиме без разрушения агрономически цен-ных агрегатов.
Влияние периода восстановления значений общей по-розности от исходного состояния, созданного во времяцикла весенних предпосевных, посевных и постпосев-ных обработок к равновесным значениям зависит отструктурного состояния почвы и предполагает несколь-ко сценариев.Чем хуже оструктурена почва, тем больше разницамежду исходным и равновесным состоянием. Обычнопроцесс уравновешивания (релаксация) продолжаетсянедолго (10-15 дней). Если же в течение этого периодаотмечаются осадки, то уравновешивание происходитещё быстрее. Это приводит к весьма существенномуухудшению условий роста и развития корневой систе-мы культурных растений. Если к этому времени расте-ния успели развить корневую систему, снижение общейпористости не будет заметно сказываться на состояниирастений. Если же не успели, то это влечёт за собой за-держку в прохождении фаз в укоренении и, в конечномитоге, снижает урожай.
Особенно это проявляется в засушливые годы, особеннов текущем году.В хорошо оструктуренной почве разница между исход-ными и равновесными показателями минимальна (3-5%)и продолжается 5-6 недель.Исследование почв в ряде хозяйств в районе Сынжерей(Алодиу-норд, Семидар-агро, Грэдина де вис) показали,что такие почвы обладают способностью сохранить в те-чение наиболее ответственной части вегетационного пе-риода благоприятное поровое состояние. Поэтому любаяобработка в этот период нежелательна (особенно это ка-сается междурядных обработок пропашных культур), ибоприведёт к ухудшению количества и качества поровогопространства.Из вышеизложенного следует сделать вывод, что агро-технические приемы должны выбираться с учетом гра-нулометрического состава почвы, микро- и макрострук-турной организации почвы и должны ориентироватьсяне столько на создание качественного пахотного гори-зонта, сколько на обеспечение оптимального поровогопространства и оптимальной его динамики в течениевегетационного периода.
В то же время, рассматриваязначение порового пространства в аспекте обработкипочвы, выбора её способов и интенсивности, преждевсего следует учесть, что механическая обработка мо-жет изменить лишь отношение меж- и внутриагрегат-ных пор, т.е. воздействовать на макро- или мезопоры.Принимая во внимание функции макро- и мезопор,можно утверждать, что механические обработки спо-собствуют увеличению ёмкости обрабатываемого слоядля поступающей атмосферной влаги в период её стокаили дождей, но одновременно и усилению испарениивлаги из почвы в период низкой относительно влажно-сти воздуха.
В то же время можно заключить, что любаяобработка изменяет соотношение между меж- и вну-триагрегатных пор и приводит к потере продуктивнойвлаги. Выход из этой ситуации предполагает две оченьважные составляющие:
1. Минимизация глубины обработки с сохранениемрастительных остатков на поверхности почвы,что будет способствовать уменьшению физическо-го испарения и сохранению почвенной структуры.2. Биологизация агроэкосистем, в целях улучшенияструктурного состояния почвы. Этого можно до-биться путём адаптации агроценозов к условиямландшафта и включением культур — мелиораторовв структуру севооборота. Последняя должна бытьориентирована на обеспечение корнеоборота в 5-7летней ротации культур.