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.