Обработка почвы, прямой посев

Изучение энергетического взаимодействия растений и по­чвы в системе единого комплекса имеет теоретическое и при­кладное значение, так как сочетаются не одинаковые морфо- лого-биологические особенности растений со спецификой раз­личных почв, их гранулометрическим составом, содержанием гумуса и влаги, при разных способах обработки или - ее от­сутствии, оптимальной и естественной ее плотности, затенен­ности поверхности, мульчировании живыми растениями и мертвыми органическими остатками и др.

Известно, что обработка почв основывается на положени­ях агрономической физики - науке о физических процессах в системе почва - растение - окружающая среда. Она теорети­чески и экспериментально обосновывает особенности воздей­ствия на рост и развитие растений (фитоэдафоценозов) дина­мичных физических факторов: света, тепла, воздуха, питатель­ных веществ и воды. С учетом оптимизации условий роста и развития сельскохозяйственных растений определяются практические рекомендации по строению обрабатываемого слоя, особенности агротехнологий, воздействия на почву, ее специ­фике и интенсивности, мульчировании поверхности.

Строение почвы зависит от их естественной (равновесной) и оптимальной плотности, определяется гранулометрическим составом. От размера, формы и расположения агрегатов зави­сят скважность пор и тип пор, что в свою очередь, значитель­но влияет на водный, пищевой, воздушный и тепловой режи­мы почвы, жизнедеятельность почвенных организмов и, следовательно, на все протекающие в ней биологические и химические процессы. В этой связи важное значение имеет буферность почвы - свойство химической системы незначи­тельно изменять концентрацию водородных ионов при до­бавлении катионов или анионов. Важнейший буфер почвы - поглощающий комплекс с его обменными ионами и тем в большей степени, чем выше его обменная способность. Вслед­ствие этого суглинистые почвы всегда более буферны, чем песчаные, а высокогумусированные - чем малогумусирован- ные.

К тому же, чем легче мехсостав почв, тем меньше нега­тивное воздействие техники, и чем влажнее - тем больше.

Известно, что отвальная вспашка обычно способствует рез­кому повышению аэрации почвы и усиленному микробиоло­гическому разрушению органического вещества. К тому же, вследствие повышенного поступления кислорода, в почве про­исходят процессы окисления, которые приводят к снижению содержания гумуса.

Установлено, что очень рыхлая почва после вспашки столь же нежелательна для растений, как и слишком плотная. Оп­тимальная плотность почвы для агроценозов - 1,2-1,25 г/см³. Отвальная пашня, в меньшей степени, и особенно черный пар - биопечи для сжигания органического вещества почвы. От­вальная вспашка - это прием обработки почвы, обеспечиваю­щий оборачивание и рыхление обрабатываемого слоя почвы, а также подрезание подземной части целинных и сорных рас­тений, заделку удобрений и пожнивных остатков.

В историческом развитии первобытная мотыжная система обработки постепенно сменилась сошной, а последняя - плуж­ной. Первые железные плуги были изготовлены в Англии и Бельгии во второй половине XVIII века. В 1863 году Р.Сак создал плуг с предплужником.

Следует отметить, что повышение интенсивности воздей­ствия на почву приводило к усилению в ней микробиологи­ческих процессов, обнажению поверхности почвы, и что инте­ресно, к повышению засоренности, особенно многолетними сорняками.

Имеются различные доводы, обосновывающие необхо­димость проведения отвальной вспашки. Так, В.Р. Вильяме (1949 г.) считал, что основная задача отвальной обработки поч­вы - придание ей комковатой структуры. Поэтому рекомендо­валось регулярно проводить отвальную вспашку для того, что­бы нижнюю структурную часть пахотного слоя вывернуть на поверхность. Гипотетически утверждалось, что в этом случае образуется так называемый изолирующий или защитный слой, который почти сразу прекращает испарение воды из почвы. Больше того, имеются убедительные научные данные о том, что даже благоприятная по размерам и водопрочности струк­тура пахотного слоя на некоторых почвах не обеспечивает оп­тимального строения почвы и ее увлажнения.

Ежегодное оборачивание пахотного слоя, когда в нижней его части якобы происходит стремительное повышение содер­жания водопрочной структуры, оструктуривание, не убедитель­но даже для черноземов, не говоря уже о подзолистых почвах.

К.К. Гедройцем, А.Н. Соколовским и др. (1977 г.) уста­новлено, что плодородие почвы снижается вниз по профилю. Оборачивание почвы при вспашке, по их мнению, способству­ет перераспределению элементов пищи и обогащению всего пахотного слоя, хотя известно, что наибольшая масса корней у мятликовых (злаковых) располагается, как раз в поверхност­ном слое почвы, где и необходимо иметь наиболее плодород­ную часть пахотного слоя.

А.Н. Лебедянцев (1977 г.) писал о том, что в верхней час­ти пахотного слоя накапливается больше питательных веществ, чем в нижней, при оборачивании верхнего слоя вниз, где со­держится больше влаги и лучше поглощаются элементы пи­тания корневой системой растений. Не убедительно.

По мнению Л.Н. Барсукова (1977 г.), периодическая от­вальная вспашка необходима . для устранения постепенно на­растающих под влиянием естественных причин неблагоприят­ных свойств почвы в нижней части пахотного слоя. В качестве причин этого явления он называет: падение нитрификацион- ной способности и уменьшение содержания нитратов, значи­тельное ухудшение условий фосфорного питания растений, резкое уменьшение количества микроорганизмов. Как видим, обоснования А.Н. Лебедянцева и Л.Н. Барсукова (1977 г.) весь­ма противоречивы и малоубедительны. Больше того, они сла­бо увязаны с типом почвы, ее плодородием, содержанием гу­муса, гранулометрическим составом и др.

В Германии Ахенбах в 1919-1921 гг. отмечал, что обора­чивание поверхностного слоя почвы нарушает естественное сложение пахотного слоя и сопровождается ухудшением жиз­недеятельности микроорганизмов. Он считал, что микроорга­низмы, приспособившееся к жизни в глубоких слоях и при отвальной вспашке вывернутые на поверхность, погибают от действия света, а аэробные микроорганизмы, оказавшиеся после вспашки в анаэробных условиях, испытывают недостаток кис­лорода. Поэтому Ахенбах рекомендовал обрабатывать почву не плугами, а культиваторами с жесткими стойками.

Обрабатывать почву только пружинными культиваторами предлагал на юге Франции в 1913 г. фермер Жан. До посева поле рыхлилось через каждые 10-12 дней при постепенном увеличении глубины от 10 до 20 см. При этом безотвальная обработка почвы с постепенным увеличением глубины способ­ствовала более качественной разделке пашни в сравнении с плужной.

И.Е. Овсинский в книге «Новая система земледелия» (Киев, 1899 г.) писал о том, что почву надо обрабатывать не глубже 2-х дюймов (дюйм равен 2,54 см). Ему принадлежит обоснова­ние нецелесообразности плужной обработки почвы и как ре­сурсоемкого процесса, наносящего большой вред почвенной микрофлоре и усиливающего деградацию плодородного слоя.

Он обращал внимание на то, что непаханое поле на глуби­ну до 3-х метров пронизано миллиардами капилляров, остав­шихся после корней растений или образовавшихся в результа­те жизнедеятельности дождевых червей и других организмов. По этим тонким и глубоким ходам проникает влага, которая замерзает зимой, разрывая их. Так происходит природное рых­ление и, следовательно, можно ограничиться лишь поверхно­стной обработкой почвы. Но обнажение поверхности почвы при мелкой обработке привело к сильной засоренности, что и погубило «Новую систему».

В последующие годы в учебниках «Земледелия» (1956,1964, 1977 гг. и др.), необходимость ежегодных отвальных вспашек обычно увязывали с ухудшающимся строением почвы, небла­гоприятным соотношением естественной и оптимальной ее плотности.

Известно, что менее структурные дерново-подзолистые почвы оседают быстрее, чем структурные и окультуренные черноземы. Глинистые и тяжелосуглинистые почвы уплотня­ются быстрее и сильнее, чем суглинистые, песчаные и супес­чаные.

На высокоокультуренных, богатых гумусом черноземах с хорошими агрофизическими показателями, особенно при по­крытии поверхности почвы растительностью, отмершими орга­ническими измельченными мульчирующими остатками или перепревшим навозом и др. оптимальная плотность почвы будет приближаться к равновесной. Этого же можно достичь и на легких по механическому составу почвах. Зачем тогда ежегодно производить отвальные вспашки, если можно будет применять малые дозы гербицидов органического происхож­дения? Когда можно будет при мульчетехнологиях время от времени в зависимости от плодородия почвы, ее гранулометрического состава ограничиваться проведением бе­зотвального рыхления на глубину 30 см с шириной междуря­дий 140 или 210 см, как дополнительного средства улучше­ния строения обрабатываемого слоя почвы и прямого посева?

Известно, что Т.Шлезинг и в то время ассистент В.Р. Ви­льяме (1949 г.), вначале водопрочность структуры почвы при­писывали действию карбоната Извести, затем трехосновной фосфорно-кальциевой соли и окончательно-коллоидальному перегною с кальцием. В последующем значение водопрочной структуры преувеличивалось, чуть ли не обожествля­лось. По В.Р. Вильямсу (1949 г.) общая главная задача от­вальной обработки почвы - придать ей прочную комковатую структуру.

Анализируя научные данные, можно заключить, что твер­дая фаза почвы - ее основа и носитель энергии, от которой зависят ее важнейшие свойства. При этом местом концентра­ции энергии являются поглощающие комплексы, которые со­стоят в основном из глинистых и гумусовых коллоидных ве­ществ. Благодаря отрицательным электрическим зарядам (на­личие полианионов) твердые частички почвы могут притяги­вать к своей поверхности молекулы и ионы. К сожалению, эти принципиальные свойства не «притянули» внимание уче- ных-земледелов, обосновывавших теоретические основы об­работки почвы.

При осмысливании инновационных теоретических основ воздействия на почву, необходимо обращать особое внимание на соотношение равновесной (естественной) и оптимальной плотности почвы для растений. Почему в лесу, на лугах, це­линной степи равновесная и оптимальная плотность почвы для произрастания растений совпадают? Какие биоэнергети­ческие и агрофизические процессы обычно не учитываются при многократной обработке почвы для получения ее опти­мальной плотности при выращивании сельскохозяйственных растений? Известно, что под воздействием гравитационной силы, увлажнения, высыхания, замерзания, оттаивания и дру­гих природных воздействий, в частности ее гранулометричес­кого состава, уровня окультуренности, содержания гумуса, водопрочной структуры перемещения сельскохозяйственной техники образуется равновесная или естественная плотность, которая при возделывании сельскохозяйственных растений может не соответствовать оптимальной для них плотности? Чем больше равновесная (естественная) плотность превышает оптимальную, тем интенсивнее рекомендуется производить механическую, в том числе и отвальную обработку почвы, ког­да лучше ограничиться рыхлящей, без оборота пласта особен­но на плодородных и высокоокультуреных почвах.

Следует отметить, что плотность почвы влияет на раз­витие корневой системы и доступность влаги растениям. Как в плотной так и в излишне рыхлой почве, что часто бывает при вспашке, она небольшая. При оптимальной плот­ности в почве улучшается водо- воздухообеспеченность, интенсифицируется газообмен воздуха почвы с атмосферой, в результате чего в почву поступает больше кислорода, в ней значительно возрастает микробиологическая деятель­ность и увеличивается выделение углекислого газа.

Плотность почвы влияет на ее тепловые свойства, так как в плотной почве повышается теплопроводность. Из состав­ных частей почвы наибольшей теплоемкостью обладает вода. Если теплоемкость воды равна единице, то теплоемкость пес­ка (составной части твердой фазы почвы) - 0,196, а глины - 0,233. Наименьшую теплоемкость имеет воздух - 0,000306.

Теплоотдача конвекционным путем ослабляется, если по­верхность почвы покрыта живой растительностью или мерт­вым покровом - снегом, растительными остатками, мульчей.

Поглощение тепла тем больше, чем меньше отражатель­ная способность поверхности почвы.

Известно, что основной, 'наиболее типичной жизненной формой растительности целинной степи Украины являются узколистные, дерновинные злаки (мятликовые): ковыли, тип­чак, тонконог, имеющие хорошо развитую корневую систему, которая пронизывает верхний слой почвы. Весной талые воды не повреждают эти растения, а проникают в почву, обеспечи­вая растения влагой и минеральными солями. Обычно дерно- винки ковылей и типчака не смыкаются, остаются небольшие просветы, на которых весной появляются эфемеры и эфемеро­иды, а при выпадении осадков - однолетники, что позволяет полностью закрывать поверхность почвы и предохранять ее от прямых солнечных лучей. Следовательно, закрытая повер­хность почвы является естественной. К сожалению, эта при­родная особенность растений полностью закрывать поверхность почвы при обработке ее не была учтена. В этой связи интерес­но влияние усиленного выпаса на степную растительность. Вначале изреживаются и затем исчезают ковыли, уплотняется и становится более сухой почва.

Растительный покров изреживается и становится низко­рослым, исчезает типчак. На смену ему весной обильно появ­ляется мятлик живородящий - небольшой однолетний злак, образующий вместо колосков луковички. В засушливое лето, мятлик, отплодоносив, исчезает. Только колючие чертополо­хи, серая полынь, полынь австрийская, молочай, степной чаб­рец и другие непоедаемые животными растения разрастаются, придавая сорный вид степи.

Очень резкий переход от степной к разнотравно-сорной растительности происходит при обработке целинной Степи, когда обнажается поверхность почвы и нарушается ее строе­ние, экологическая память, дестабилизируются «иммунные силы». Обработка почвы, и особенно ее интенсификация, движение ее от сохи к плугу, приводило к увеличению «обна­женной» ее поверхности, все большему нарушению естествен­ного (природного) состояния почвы. Возможно, что сорные растения - это реакция природы на «обнажение» поверхности почвы, процесс для закрытия ее поверхности от воздействия прямых солнечных лучей.

Оставлять открытой поверхность почвы после обработки неприемлемо. Этот период должен быть сведен к минимуму или ликвидирован путем мульчирования и посева растений, лучше разбросным способом при использовании специальных сошников для более равномерного, сплошного размещения растений и повышения их проективного покрытия поверхнос­ти почвы.

К тому же и коэффициент использования пашни должен быть больше единицы (пожнивные посевы, гетерогенные смеси

И Др.).

Известно, что заселение участка почвы растениями при полном их отсутствии в первый год начинается со всходов тех видов, семена которых заносятся ветром или животными, или уже находились в почве. Появляются однолетние виды, кото­рые быстро развиваются и плодоносят. На следующий год кроме однолетних можно обнаружить и двулетние, которые также проросли в первый год. Двулетние растения на второй год развиваются очень мощно и осеменяются. Еще больше времени проходит пока вырастут многолетние травянистые и древесные растения. Несомненно, для ускорения процесса образования растительных сообществ необходимо антропоген­ное вмешательство путем прямого посева многолетних бобо­вых и мятликовых (злаковых) в том числе ковыля, типчака, тонконога, природного разнотравья мульчирование перепрев­шим навозом, рыхление на глубину 30 см с шириной между­рядий 140 см, 210 см, без применения отвальной вспашки.

Удобрения

Согласно данным ФАО в расчете на 1 га пашни в мире вносят 98 кг по д.в. минеральных удобрений с колебаниями по странам 8,0 кг (Казахстан) до 430 кг д.в. (Япония). Высо­кие дозы минеральных удобрений вносят в Великобри­тании

(343 кг д.в.), Китае (319 кг д.в.), Германии (258 кг д.в.), Италии (220 кг д.в.). В России вносят лишь 32 кг д.в. мине­ральных удобрений, в Украине - 24.

В связи с биологизацией и ландшафтизацией растениевод­ства в мире предусматривается коренное изменение в химиза­ции агротехнологии, переход на производство экологически чистых удобрений и препаратов для защиты растений, строго дозированного их использования с учетом фитосанитарного мониторинга. Обращается внимание на необходимость повы­шения их эффективности, качества продукции, усовершенство­вания приемов и способов применения искусственных удобре­ний и пестицидов. ¹

По нормативам ФАО на душу населения необходимо вно­сить минимум 30 кг ИРК при широком использовании мест­ных органических удобрений, сидератов и др. Только при этом возможно повышение урожайности сельскохозяйственных культур в 2-3 раза.

Азотфиксация

Ежегодно при возделывании сельскохозяйственных рас­тений в мире используется до 140 млн. т азота за счет фикса­ции его из воздуха.

За рубежом ведутся широкие исследования, связанные с повышением эффективности нитрагинации (инокуляции) се­мян. Создаются новые формы инокулянтов, разрабатываются экономичные способы их внесения. Особое внимание уделя­ется выведению высокоэффективных штаммов азотфиксиру- ющих бактерий рода ризобиум методами аналитической се­лекции, мутагенеза и генной инженерии практически для всех бобовых растений. Установлена способность бактерий азоспи- рилл, обитающих в ризосфере растений семейства мятлико- вых, пасленовых, сельдерейных усваивать азот атмосферы. Изготовленные на основе выделенных бактерий инокулянты придают азотфиксирующую способность растениям указанных семейств. Считают, что при благоприятных условиях зерно­вые культуры за счет этого источника смогут удовлетворить свою потребность в азоте на 17-40%.

В настоящее время в сельском хозяйстве широко применя­ются препараты клубеньковых бактерий, усиливающих азот- фиксацию. Впервые такой препарат (нитрагин) был получен в 1896 году Ф.Ноббе и Л.Гильтнером. В препарате содержалась смесь культур клубеньковых бактерий наиболее распростра­ненных видов бобовых.

Уже создано более 30 высокоэффективных штаммов клу­беньковых бактерий. Применяют три вида нитрагина: почвен­ный нитрагин, сухой нитрагин, ризоторфин. Наиболее эффек­тивен ризоторфин, используемый для инокуляции - обработ­ки перед посевом семян бобовых растений. Ризоторфин - это чистая культура клубеньковых бактерий, поддерживаемых в активном состоянии на специально подготовленном торфяном материале - носителе. В одном грамме ризоторфина содер­жится не менее 1 млрд. клеток медленно развивающихся бак­терий, применяемых для бактеризации семян гороха, вики, сои, люцерны и других культур. Ризоторфин усиливает обра­зование клубеньков, улучшает азотное питание бобовых рас­тений, повышает устойчивость к заболеваниям, оказывает по­ложительное влияние на плодородие и структуру почвы.

Каждой бобовой культуре соответствует своя группа бак­терий. Например, бактерии клевера не влияют на горох. При­менение ризоторфина дает эффект на всех бобовых культу­рах, особенно на сое и люцерне. Средние прибавки составля­ют 9-10 ц/га сена многолетних бобовых трав, 2-3 ц/га зерна и 30-60 ц/га зеленой массы гороха.

Ризоторфин не только повышает урожай, но и улучшает его качество за счет увеличения содержания протеина. Так, дополнительный сбор протеина составляет для сои - 160- 540 кг/га, гороха - 50-220 кг/га, люцерны - 100-300 кг/га.

Большой интерес, как отмечалось, вызывает недавно от­крытое явление так называемой ассоциативной азотфиксации, когда бактерии живут не в клубеньках бобовых культур, а на поверхности корней, в том числе и таких как пшеница, куку­руза, рожь, сорго, просо, многие технические культуры и кор­мовые травы. Процесс азотфиксации у бактерий, обитающих на корнях небобовых растений, идет слабее, чем у клубенько­вых, однако по данным Института растениеводства России, урожайность картофеля и кормового сорго при внесении ассо­циативных азотфиксаторов возрастает до 15%.

В азотфиксирующих системах очень важен и второй ком­понент - само высшее растение. Необходимо вести селекцию на его способность лучше использовать биологический азот. Так выявлены формы растений с активностью азотфиксации в 2-2,5 раза выше, чем у контрольных сортов.

Азотфиксирующие бажтерии вызывают у многих растений ответную реакцию: начинают усиленно вырабатывать аскор­биновую кислоту и каротин, что способствует повышению ка­чества урожая.

Основные симбиотические свойства клубеньковых бакте­рий заключены в особых структурах - плазмидах, способных переходить из клеток одних видов бактерий в клетки других. Это открывает широкие возможности для генной инженерии, переноса плазмид в другие почвенные микроорганизмы и на их основе конструировать штаммы с заранее заданными свой­ствами.

Нитрогенезная активность азотфиксирующих бактерий кон­тролируется нифопероном включающим 17-18 отдельных ге­нов. Недавно появилось сообщение об успешном переносе нифоперона из клубеньковых бактерий в геном сои. Такие ра­стения способны фиксировать атмосферный азот и не нужда­ются в азотных удобрениях. Перенос кластера генов, контро­лирующих фиксацию атмосферного азота в геном растений, особенно зерновых и технических культур принципиально из­менил бы экологическую ситуацию.

Большой интерес представляет получение путем гибриди­зации таких штаммов азотфиксирующих бактерий, которые оказались бы в состоянии вступать в симбиотическую связь с зерновыми и техническими культурами.

Интересные данные при изучении экологического эффек­та от применения азотфиксаторов получены в УкрНИИ сель­скохозяйственной микробиологии. Использование симбиоти- ческих азотфиксаторов под бобовые культуры позволило до­полнительно накопить азота до 53 кг/га, а ассоциативных - 10-15 кг/га. Препараты, применяемые для обработки семян перед посевом, позволяют за счет повышения фиксации ат­мосферного азота увеличить урожайность на 15-20% и более.