Почвенно-функциональные и агрофизические основы внедрения «mini-till» в РМ

     Отдельные элементы консервирующего/ресурсосберегающего земледелия применяются при вы­ращивании многих сельскохозяйственных культур, даже тех из них, которые, как до недавнего вре­мени считали аграрники, невозможно выращивать без глубокой вспашки (подсолнечник, сахарная свекла и др.).

     Вместе с тем, результаты применения технологий минимальной обработки почвы существенно различаются от хозяйства к хозяйству, от поля к полю. Более того, даже в преде­лах одного и того же поля в разные по климатическим условиям годы и по различным культурам показатели будут различными.

     Это, на наш взгляд связано в первую очередь с тем, что чаще в применяемых т.н. «консервативных системах земледелиях» акцент ставится, главным образом только на приемы обработки. А выбор того или иного приема сельхозпроизводители делают, не принимая во внимание исходное состояние почвы и поля в целом. В публикациях на страни­цах этого журнала нами уже обращалось внимание на системный характер консервирующего земледелия, главным принципом которого является ландшафтная адаптация всех компонентов агроэкосистемы.

     В этом контексте, консервативные технологии характеризуются элементами точного земледелия (precision agriculture) и должны быть построены на оценке пространственно и временной неоднородности сельскохозяйственных полей. Опыт других регионов показывает, что от степени неоднородности зависит эффективность внедрения новой технологии в конкретных условиях (конкретных хозяйствах). В то же время достоверно установлено, что если агрохимические и агрофизические показатели качества и плодородия почв отличаются в пределах одного поля и это учитывается при принятии технологических решений, то затраты на новую технологию с большой вероятностью окупятся.

     Следовательно, первым необходимым шагом при переходе на новую технологию является объективная оценка пространственно- временной вариабельности сельскохозяйственных полей. Основной исходный принцип, на котором должна основываться объективная оценка пространственно- временной вариабельности сельскохозяйственных полей, предполагает, что показатели качества поля определяются взаимодействием внешних и внутренних факторов развития почвообразования и эволюции почв. При этом из расчетов нельзя исключить ни один фактор.

     Среди внешних факторов первостепенное значение имеет фактор геоморфологический. Напоминаем, что В. В. Докучаев считал рельеф вершителем судеб почвы — это потому, что именно геоморфологические условия, в том числе и условия естественного дренирования и эрозионного расчленения территории наряду с климатом определяют водно-воздушный и гидро-термический режимы почвы. (см. Таблица 1)   Среди внутренних факторов особое значение имеет грануло­метрический состав. Последний связан непосредственно с по­чвообразовательным процессом.

     Основными элементарными процессами, способствующими преобразованию грануломе­трическому составу почвы являются оглинивание, илмериза­ция, внутрипочвенное выветривание, гумусообразование, ор­гано-минеральные реакции и д.р. В то же время уже с первых начальных фаз развития почвенной системы все процессы ин­теграции и структурной организации вещества определяются непосредственно гранулометрическим составом.

     В этом кон­тексте гранулометрический состав имеет универсальное значе­ние. Именно гранулометрический состав определяет основные технологические свойства, которые определяют выбор системы обработки, а соответственно — характер обработок и энергети­ческие затраты на их проведение (см. Таблица 3). Из представленной таблицы устанавливаем, что почво-функци­ональная роль гранулометрического состава реализуется при определенных уровнях влажности. В этом контексте, большое значение приобретает поведение почвы при уровнях влажно­сти, соответствующим определенным технологическим состоя­нии. (см. Таблица 4). Из представленной таблицы наиболее благоприятные условия для обработки почв создаются в интервале влажности соответ­ствующей уровню влажности между пределом усадки и преде­лом пластичности.

     Количественно это соответствует влажности физической спелости 50-60% от наименьшей влагоемкости (pF = 3.1-3.5). В этом же интервале влажности качество обработки максимальное, а риски физической деградации минимальны.  Максимальные риски и наихудшие условия для обра­ботки устанавливаются в интервале влажности «предел пластичности – предел липкости». Обработка почвы при уровнях влажности выше предела липкости приводит к разрушению почвы как физического тела.

     Это же проис­ходит при применении систем обработки без учета спо­собности почвы к воспроизводству показателей сложе­ния и структурной организации (см. Таблица 5)При этом напоминаем, что в соответствии с концепцией консервирующего земледелия акцент ставится на ренату­рацию почвообразовательного процесса, а это означает фаворизацию природных элементарных почвообразо­вательных процессов и восстановление природной ди­намики почвенных процессов.

     Этого можно добиваться биологизацией агроэкосистем и повышением количества органических веществ, вовлеченных в почвообразова­тельный процесс.Из всего выше изложенного, с учетом роли и места грану­лометрического состава в функционирование почв выте­кает вывод, что в основе агроэкологической оценки почв следует принимать гранулометрический состав. При оценке земель и проектировании адаптивно-ланд­шафтных систем земледелия и агротехнологий должны быть использованы почвенные карты.

     В этом контексте установлено, что агрофизические свойства почв изменя­ются в соответствии с распространением почв в почвен­ном покрове. Вместе с тем, также установлено, что физи­ческие свойства, следовательно, и важнейшие режимы, такие как гидротермический и водно-воздушный режим, зависят не только от распространения почв, но определя­ются также и антропогенными факторами. Наши исследо­вания в ряде хозяйств (Agrosfera BM в Унгенском районe, Vatmol-Agro в Дондюшанском районе, JLC AGRO-MAIAC в Окницком районе, «Победа» Чадыр-Лунгского района и др.) показали, что это ведет к появлению зон различной плотности, сопротивления пенетрации, фильтрации и других агрофизических условий, прямо и опосредованно влияющих на продукционный процесс агроландшафта.

     Основные факторы, которые обуславливают выше на­званные процессы, приведены в таблице 6. Особое место принадлежит процессам агрогенной трансфор­мации и стратификации почвенного профиля почв. Этими про­цессами затронуты все вовлеченные в сельскохозяйственном производстве почвы и материализуются в постепенном раз­витие в верхней части почвенного профиля (первые 40- 50 см) агрогенного слоя.

     От природных аналогов и от нижележащий части агрогенный слой отличается балансом веществ и энергии, вовлечением в почвообразовательный процесс веществ непо­чвенного происхождения, интенсивностью, направленностью и динамикой почвенных процессов. Процессы агрогенного почвообразования с образованием агрогенного горизонта начинаются с импактного механическо­го воздействия на верхнюю часть профиля с нарушением ее природного сложения.

     Смена естественной растительности на культурную, регулярное механическое перемешивание верх­него слоя почвы, внесение удобрении различных мелиоран­тов, приводят к существенным сдвигам в водно-воздушном и гидротермическом режимах, биохимических реакциях, соста­ва почвенного воздуха и др. В результате вступают в действие процессы последовательного преобразования почвенной мас­сы, приводящие к частичному стиранию многих естественных свойств и формированию новых. Происходит структурная пе­реорганизация почвенной массы, изменение ее вещественного состава, водно-физических, физико-химических, химических и биологических параметров.

     Вследствие этого агрогенный слой разделяется на два горизонта: пахотный и подпахотный. Пахотный горизонт включает слой с наибольшей частотой меха­нического перемешивания и с наибольшим техногенным прес­сингом веществ непочвенного происхождения. Обычно, он раз­деляется на несколько субстратов с различной плотностью (см. Таблица 7). Пахотный горизонт частично обеднен в тонкой глине за счет дефляционного обезиливания. Подпахотный горизонт отличается повышенной плотностью сложения, призмовидной и ореховатой структурой, резким снижением общей порозно­сти и объема межагрегатных пор значительным увеличением плотности агрегатов, уменьшением объема влагопроводящих и увеличением объема влагосохраняющих пор.

     В зависимости от основных процессов протекающих в па­хотном слое и от его состояния он может быть: серогумусовый: определяется процессами дегумифи­кации (содержит менее 3 % гумуса). Видимых зерни­стых и комковатых агрегатов 50- 60 % структура обла­дает средненизкой прочностью и водопрочностью. уплотненный: характеризуется величинами плотности сложения близких к критическим и относительно сла­бой динамикой в течение года. Агрегатный состав пре­имущественно комковато-зернистый и зернисто- ком­коватый. плотный: характеризуется преимущественно значения­ми плотности превышающими критические значения в годовой динамике, структура глыбистая. обесструктуренный: видимых зернистых и комковатых агрегатов 40-25 % содержание водопрочных агрегатов < 25 %. бесструктурный: видимых зернистых и комковатых агрегатов < 25 %. Преобладают агрегаты < 0,5 мм. Водо­прочность агрегатов > 1 мм составляет менее 15 %. обезиленный: содержит на 5-7 % меньше ила за счет эо­лового (дефляционного) или эрозионного обезилива­ния.

     Видимых ценных структурных агрегатов 50- 70 %. метаморфизированный: содержит более 25 % не ти­пичных для черноземов полигональных водопрочных агрегатов. После дождей сильно затвердевает. агротурбационный: сформирован за счет смешивания двух горизонтов (А и АВ). Характерен для почв с изна­чально небольшой мощностью горизонта Аm. абразионный: образуется за счет смешивания верхней части смытой почвы с нижележащими горизонтами. Характеризуется низкой водопрочностью структуры и предрасположенностью к консолидации и невысокой продуктивностью. синлитогенный светлогумусовый: образуется на тер­риториях, где периодически поверхностным стоком привносится материал непочвенной природы. Перио­дическое смешивание привносимых масс с почвенным материалом образуется специфическое вещество лито­генно-почвенной природы.

     Подпахотный горизонт в меньшей степени определяется процессами почвообразовательной природы и в большой степени процессами механической природы воздейству­ющими на почвы в ходе сельскохозяйственных работ. По физическому состоянию предлагаем различать деформи­рованные, консолидированные хардпанизированные под­пахотные горизонты. По структуре различают глыбистые, призматические, полигональные, ореховатые, столбовид­ные. Необходимо отметить, что свойства подпахотных го­ризонтов определяются тем, за счет какого генетического горизонта они образуются (Am, AmB, B и т.д.). Методами исследования физических свойств в длинно­мерных траншеях и ключевых участков установлено, что агрофизические свойства изменяются в почвенном покро­ве непрерывно под влиянием природно- почвенных фак­торов (внешние факторы и гранулометрический состав) и предельно резко под влиянием агрогенных факторов. 

     Исходя из всего изложенного приходим к выводу, что реали­зация принципа ландшафтного адаптирования земледелия требует получение массива пространственно- распределен­ных почвенно- физических данных, который можно использо­вать для оценки и последующего расчета движения веществ и энергии в ландшафте, а также принятия обоснованных управ­ленческих решений.

     В большинстве используемых сегодня подходов агрофизи­ческая оценка сельскохозяйственных полей проводится по физическим свойствам почв. В то же время, реальную жизнь почвы можно представить на основе ее режимов, определя­ющих направленность почвенных процессов, а также условия развития растений и, в конечном счете, урожай. Поэтому в рамках развития ландшафтных принципов в современной аг­рофизике предлагается использовать такие показатели, кото­рые характеризовали бы почву по изменяющимся во времени условиям, в первую очередь содержанию тепла, влаги и воз­духа, т. е. по водно-воздушному и гидротермическому режи­мам.

     При этом наряду с теми критериями которые приводятся в таблицах 1-6 целесообразно применять прогнозный расчет, где в качестве модели используются экспериментальные дан­ные : плотность, влажность, гидрофизические константы (ВЗ, НВ), а также расчеты на основе Основной Гидрофизической Характеристики (ОГХ). Чтобы использовать прогнозный рас­чет для сравнительной агрофизической оценки необходимо стандартизировать начальные и граничные условия. Равные условия на «старте» расчета позволяют выявить со­ставляющую, обусловленную собственно свойствами по­чвы, ее сложением, мощностью и чередованием слоев, их фильтрационными свойствами, а не внешними факторами – дефицитом или избытком атмосферных осадков. Агрофи­зическую оптимальность целесообразно оценивать продол­жительностью «благоприятных» периодов или вероятностью их появления, а также процессами их сопровождающими и вероятностью их появления в расчетном цикле.

     Исходя из имеющихся результатов наших исследований наиболее «под­ходящими» параметрами, которые следует применять в этих целях, являются плотность сложения и показатели порового пространства. Интегрирующим показателем эволюции почв в этих условиях является содержание и состав гумуса, который является функцией водно-воздушного и гидротермического режимов, а также биопродуктивной функцией почв, матери­ализованной в урожае и количестве органических веществ вовлеченных в почвообразование. Обращаем внимание на то, что биопродуктивная функция связана, непосредственно, с режимами функционирования почв. При этом удобно при­менять закономерности педострансфера, представленные в таблице 8. Чем она (вероятность) больше, т.е. чем больше длитель­ность благоприятных периодов, тем лучше агрофизиче­ское состояние почвы. При этом учитывается влагосодер­жание всей расчетной толщи в виде суммарных запасов влаги, что позволяет характеризовать не отдельные по­чвенные слои, а функционирование профиля в целом.

     Применяемые нами стандартизированные начальные, гра­ничные и критические условия, на которых мы основыва­емся при расчетах, являются: 1. Начальное условие – запас доступной влаги и процес­сы, протекающие в профиле при влажности, равной наименьшей влагоемкости (НВ). 2. Граничные: состояние почвы и процессы, протекающие в ней при влажности соответствующей 0,7 НВ, 0,5- 0,6 НВ, максимально – молекулярной влагоемкости (ММВ), влажности завязания (ВЗ), максимальной гигроскопич­ности (МГ). 3. Критические пороги: воздухосодержание < 10 %, влаж­ность < 0,7 НВ, порозность < 40 %. Этот подход позволяет рассчитать элементы режима и дать агрофизическую оценку для каждой точки поля. Та­ким образом, появляется возможность выделить зоны раз­личающиеся по физическим основам функционирования почвенного плодородия, количественно охарактеризо­вать агрофизические свойства для сельскохозяйственного поля в целом. Лишь на основании такого подхода должны быть разработаны технические условия и технологические карты дифференцированного включения каждого поля в отдельности в консервирующее земледелие .

     Обязательным элементом целостного процесса внедре­ния той или иной консервативной системы земледелья яв­ляется транзитный период, продолжительность которого определяется временем и приемами необходимыми для установления в почвах процессов направленных на опти­мизацию физических свойств и восстановления системы органических веществ. Отдельное место при определении этого периода приходится на долю фитосанитарной со­ставляющей. Последняя определяется степенью засорен­ности и составом сорняков.