НОВОСТИ

Гармония почвы и техники

ТЕГИ:

В. Медведев, Национальный научный центр «Институт почвоведения и агрохимии им. О.Н. Соколовского» УААН

Я. Гуков, Национальный научный центр «Институт механизации и электрификации сельского хозяйства» УААН

В. Дубровин, Национальный аграрный университет Украины

В. Пащенко, Национальный аграрный университет им. В.В. Докучаева

Деградации почв может способствовать техника, которую вы применяете. Разработано почвенно-технологическое районирование пашни Украины с целью улучшения конструирования, распределения и эксплуатации средств механизации земледельческой отрасли. Основным содержанием новой технической политики в земледелии должны стать минимализация возделывания, эффективное использование потенциала почв, предотвращение их деградации и гармонизация взаимоотношений между техникой и почвой.

Почвы Украины и новая техническая политика в земледелии

Как выбирали показатели для почвенно-технологического районирования

Общеизвестно: почвы Украины в современных условиях деградируют. Причин деградации немало, это и сверхвысокая распаханность, дефицитный баланс биогенных элементов, недостаточное внесение органических, минеральных удобрений, мелиорантов, загрязнение и вообще низкая культура земледелия. Средства механизации рассматриваются в этом процессе преимущественно как уплотняющий фактор, что хотя и важно, но недостаточно. Далее мы намерены широко рассмотреть проблему взаимодействия техники и почвы, делая акцент на некоторых свойствах почвы, решающим образом влияющих на результат взаимодействия почвообрабатывающей техники и характеристик обрабатываемого пласта.

Новая техническая политика в земледелии, как мы ее себе представляем, означает разработку и применение конструкций машинно-тракторных агрегатов, не повреждающих почву, не нарушающих ее способность поддерживать структуру, плотность, водно-воздушный и биологический режимы. Конструирование, распределение и эксплуатация машинно-тракторного парка должны быть максимально адаптированы к почвенно-климатическим условиям и осуществляться в соответствии со свойствами почвы, прежде всего, физико-химическими, технологическими, реологическими. Именно они определяют мощностные качества почвы и ее способность поддерживать характерные параметры под действием ходовых систем и рабочих органов машин и сельхозорудий без негативных последствий.

С нашей точки зрения, отсутствие гармонии во взаимодействии техники с почвой объясняется тем, что почва как объект влияния ходовых систем или рабочих органов сельхозорудий изучена недостаточно. С целью улучшения конструирования, распределения и эксплуатации сельскохозяйственных машин нами предлагается почвенно-технологическое районирование, прежде всего, пахотной территории Украины. Такой вид районирования до сих пор не разработан. Известны работы по изучению влияния отдельных показателей — удельного сопротивления, рельефа, длины гонов — на эффективность работы разных механизмов (П.У Бахтин, 1969; Д.К. Биленко и др., 1962; П.П. Бойко, 1938; А.Ф. Пронин, 1974; Н. Фоменко и др., 1977). Комплексное же районирование подобно почвенно-географическому (В.М. Фридланд, 1962), физико-географическому (В.П. Попов и др., 1968), сельскохозяйственному (В.П. Кузьмичов, 1972) относительно почвы как объекта сопротивления, уплотнения, резания, крошения, сепарации, абразии, т.е. мощностных преобразований в системе «почва — металл» или «почва — резина», отсутствует. При выборе показателей для почвенно-технологического районирования исходили из следующего. Эффективная работа рабочих органов машин для крошения и сепарации почвы зависит главным образом от гранулометрического состава как косвенного показателя для оценки большинства физико-механических, водно-физических свойств, микро- и в определенной мере макроструктурности), удельного сопротивления и влажности почвы в момент возделывания. Это интегральные показатели, с помощью которых оценивают разные виды сопротивления и сцепление почвы.

Для оценки условий эффективности эксплуатации сельскохозяйственных машин целесообразны также показатели рельефа (уклон пашни) и длины гонов, т.е. показатели, которые по обыкновению используют при расчете норм работы и в разных экономических аспектах (А,Ф. Лукьянчук и др., 1974).

Вместе с тем надо учесть такие свойства почв, которые усложняют условия выполнения механизированных операций (каменистость, солонцеватость, переувлажненность и т.п.). Для каждого показателя мы собрали имеющиеся в стране материалы и создали соответствующую базу данных (В.В. Медведев и др., 2004). Сначала были сделаны отдельные карты, которые со временем преобразовали в разные синтетические карты почвенно-технологического районирования.

Итак, были созданы такие карты свойств почв Украины:

  1. гранулометрического состава (по содержимому фракции физической глины <0,01 мм);
  2. удельного сопротивления;
  3. потенциала абразивности (по содержимому фракции >0,25 мм гранулометрического состава);
  4. среднемноголетней влажности в пласте почвы, которая обрабатывается (0-10 см весной при возделывании почвы под яровые культуры);
  5. то же самое осенью при основном возделывании почвы;
  6. средневзвешенных уклонов пашни;
  7. средневзвешенной длины гонов;
  8. равновесной плотности строения;
  9. потенциала крошения при влажности, которая равняется физической зрелости (по содержимому фракции агрономически ценных агрегатов размером 10-0,25 мм структурного анализа);
  10. каменистости;
  11. солонцеватости;
  12. переувлажненности (глееватости).

Объединяя отдельные карты 1, 2, 4, 5, 6 и 7, получили синтетическую карту почвенно-технологического районирования; 2,6 и 7 — карту поправочных коэффициентов на сложность почвообрабатывающих работ; 1,4,8 и 9 — синтетическую карту пригодности почв к минимальному и нулевому возделыванию; 1, 4 и 5 — прогноза переуплотнения почвы под действием ходовых систем машинно-тракторных агрегатов; 4, 5 и 9 — потенциала оптимизации физических условий в корневместительном пласте. Генерализация карты осуществлена по определенным правилам с использованием программного средства МapInfo

Почвенный и рельефный спектры

Рассмотрим отдельные карты, которые составили основу почвенно-технологического районирования. Гранулометрический состав в направлении с севера на юг и восток становится более тяжелым. Естественно предположить, что в том же направлении ухудшаются условия работы почвообрабатывающих рабочих органов в связи с повышением сопротивления и сцепления почвы. Однако, как увидим дальше, в этом направлении возрастает оструктуренность почв, которая образовывает благоприятные предпосылки для крошения почвы (понятно, при влажности, близкой к физической зрелости).

Основная закономерность изменения удельного сопротивления почти синхронна изменению грансостава, точнее, его увеличения связаны (очевидно, пропорционально) с содержимым в почве частиц физической глины — <0,01 мм. В Полесье (дерново-подзолистые почвы) удельное сопротивление песчаных разновидностей равняется 0,35-0,40 кгс/см2, супесчаных — 0,40-0,45 кгс/см2, глинисто-песчаных — 0,45-0,50 кгс/см2. В Лесостепи и Степи для черноземов тяжелосуглинистых соответствующие параметры составляют 0,50-0,55 кгс/см2, среднесуглинистых — 0,55-0,60 кгс/см2, тяжелосуглинистых 0,60-0,70 кгс/см2, легкоглинистых — 0,70-0,80 кгс/см2 и средне- и тяжелоглинистых — более 0,80 кгс/см2. Как правило, удельное сопротивление на сниженных и выровненных элементах рельефа немного меньше, чем на повышенных и склонистых. Солонцеватость, каменистость и переувлажненность почв повышают удельное сопротивление почв.

Потенциал абразивности (по содержимому песчаных элементарных частиц), естественно, наибольший в полесских почвах, где значительная их часть находится в неагрегированном состоянии. В других зонах песчаных неагрегированных частиц почти нет, поэтому потенциал абразивности существенно уменьшается.

Влажность верхнего пласта почвы весной во время возделывания изменяется в широких границах — 0,55-1,10 физической зрелости (ФЗ), но на большей части пашни Лесостепи и Северной Степи — близка к оптимуму — 0,8-1,0 ФЗ. Это дает возможность подготовить качественный посевной пласт. Лишь в зоне Сухой Степи качественное возделывание почти невозможно, за исключением очень короткого периода, когда почва находится в состоянии влажности, приближенной к ФЗ.

В конце лета и осенью во время основного возделывания условия для него значительно ухудшаются. Физическая зрелость почв, наверно, возможна лишь в узкой полосе черноземов типичных среднесуглинистых. На остальных площадях условия для глубокой пахоты неблагоприятные.

Более того, если такое возделывание все-таки проводится, то образуется некачественный по строению пласт и усиливаются потери доступной для растений влаги.

Распределение пахотных земель по уклонам довольно неравномерное — от 0 до 10о. Часть пашни, особенно на Приднепровской и Донецкой возвышенностях, размещается на склонах свыше 10о. В зоне Полесья (это наиболее равнинная территория) уклоны не превышают 1о. Южнее, в Лесостепи, уклоны возрастают, здесь территория существенно расчленена долинами рек, реликтовой или современной, рельефообразующимся действием эрозии и другими причинами. Еще южнее, в районах, которые граничат со Степью, преобладают уклоны от 2 до 4о. В Степи (Азово-Черноморская низменность) — 1-2о. В целом земледелие страны сосредоточено на пологих склонах (<2о). Тем не менее, значительная часть пашни имеет уклоны от 2 до 5о. Поэтому, во-первых, при конструировании, распределении и эксплуатации машинно-тракторных агрегатов этот факт надо учитывать, так как качество выполнения почвообрабатывающих работ на склонах ухудшается. Во-вторых, возделывание на склонах больше 3о следует минимизировать, пахоты при таких условиях не должно быть. Соответствующие постановления относительно уменьшения распаханности надо выполнить. Это вызовет много полезных последствий, и среди них — качество и экономия затрат на механизированное возделывание.

Относительно длины гонов. В Полесье преобладают поля с гонами в 350-800 г, на сдаче пашни — больше 650 г, что, по некоторым данным (Н. Фоменко и др., 1977), обеспечивает высокую эффективность использования машиннотракторного парка.

 

Карты — от благоприятных до крайне сложных условий работ

Каждая из составленных карт имеет определенное самостоятельное значение и дает представление о той или другой стороне почвы как объекте механизированного возделывания. Вместе с тем, наибольший интерес для нас представила бы синтетическая карта, на которой были бы отображены пространственные особенности всех перечисленных факторов.

Таблица 1. Легенда синтетической карты

Легенда синтетической карты демонстрируется в табл. 1. Каждый фактор ранжировали по классам — условиям ведения механизированных работ — от благоприятных до крайне сложных. Составлению легенды предшествовал исследование корреляционных и регрессионных связей между факторами для того, чтобы границы классов более или менее отвечали определенным оценочным баллам. Посредством карты показаны главным образом почвы 1—Ш классов; почвы 1У-У классов при условиях масштаба 1:2,5 млн. не показаны, но они существуют, особенно в Прикарпатье, Крыму, на некоторых других территориях.

Большинство почв Полесья, северной и центральной частей лесостепной зоны характеризуются средними А и Б почвенно-технологическими условиями, т.е. довольно близкими к благоприятным. На юг и юго-восток степной зоны условия ухудшаются (средние Б и В). В северной части степной зоны почвенно-технологические условия оцениваются П-1У классами, в центральной и южной частях степной зоны преимущественно 3-5-м подклассами.

Обращают на себя внимание некоторые отклонения от этой общей закономерности в восточной и южной частях Донецкой возвышенности и юго-западной части Украинского кристаллического щита, где наблюдается более высокий гранулометрический состав и почвенно-технологические условия заметно ухудшаются.

Почвенная карта 1

Карта почвенно-технологического районирования имеет большое познавательное значение, но использовать ее с практической целью сложно, так как оценочные критерии, задействованные в методике, преимущественно качественные. Тем не менее, приведенные данные позволяют в какой-то мере конкретизировать прикладные аспекты карты.

Почвенная карта 2

В частности, мы попробовали оценить относительную сложность выполнения механизированных почвообрабатывающих работ на пашне Украины. Для этого обработали (аналитически и картографически) материалы, которые касаются удельного сопротивления, уклона и длины склонов. Таким образом, получилась карта, что является выделением из предыдущей карты, но вместо качественных классов в ее легенде использованы количественные поправочные коэффициенты. Эталоном (т.е. почвой, где коэффициент сложности равняется единице) избрана виртуальная почва с удельным сопротивлением <0,35 кгс/см2, уклоном меньше 3° и длиной гона больше 650 г. Как и следовало ожидать, карта сложности почвообрабатывающих работ напоминает предыдущую карту, но есть и отличия. Прежде всего, становится более заметной зона, где поправочные коэффициенты максимальны сравнительно с эталонной почвой. Это Прикарпатье (глинистые переувлажненные почвы с высокими параметрами удельного сопротивления, часто на склонах больше 3о, с длиной гона меньше 350 (200) м), Закарпатье (сверхвысокое удельное сопротивление), северная и южная степь, а также Крым (тяжелый грансостав, высокое удельное сопротивление, солонцеватость), Задонецкая степь (каменистые почвы).

Высокая пестрота почв, установленная нами, предусматривает необходимость дифференцированного возделывания, применения машин и сельхозорудий и отбрасывает любые попытки их унификации. Вместе с тем следующая карта доказывает, что в Украине есть значительные возможности минимализации возделывания в широком понимании этого понятия — уменьшение нагрузки техники на почву.  Рассмотрим некоторые аспекты хотя и не очень нового, но перспективного направления для Украины.

Из многочисленных печатных работ, обобщенных нами (В.В. Медведев и др., в печати), известно, что минимальное и нулевое возделывание лучше всего удается на среднесуглинистых, хорошо оструктуренных, слабо уплотненных и непереувлажненных почвах (понятно, нужно прибавить: и на очищенных от сорняков полях). Имеющиеся в нашей базе материалы и разработанная методика позволяют четче очертить ареалы пашни Украины, где целесообразно внедрять такие технологии возделывания. Сначала продемонстрируем легенду к синтетической карте благоприятности пашни к минимальным и нулевым технологиям (табл. 2).

Таблица 2. Факторы и их нормирование для синтетической карты

По бонитировочной шкале Н. А. Качинского (1958), лучшим принято считать среднесуглинистый гранулометрический состав. Наш многолетний опыт подтверждает, что именно такие почвы — лучшие в Украине. На почвах среднего грансостава, как правило, образуется близкая к оптимальной структура (70-80% агрегатов агрономически наиболее ценного размера), они не переуплотняются (понятно, если переуплотнение не вызывается искусственно многоразовыми проходами тяжелой техники), редко подвергаются корке. Выбранная нами шкала относительно грансостава хотя и условна, но достоверно адекватно отображает постепенное ухудшение условий с повышением в составе почв легких (пылеватых и песчаных) и тяжелых (глинистых) элементарных частичек. Ухудшается, прежде всего, водный и воздушный режим, и почва (что наиболее важно в контексте, который рассматривается) нуждается в более частом возделывании. Способность поддерживать плотность строения в интервале 1,1—1,3 г/см3 (это также присуще почвам с среднесуглинистым грансоставом) — наиболее важный для нас аспект. Этот интервал плотности, как известно (В.В. Медведев и др., 2004), совпадает с требованиями большинства культур к этому параметру и потому, если реальные параметры весной (на время предпосевного возделывания и посева) совпадают с оптимальными, то и потребность в возделывании таких почв отпадает.

Зона Лесостепи, значительная часть которой имеет оптимальный среднесуглинистый грансостав, считается наиболее благоприятной для минимального и нулевого возделывания. На юг и север от этой зоны благоприятность пашни к таким способам возделывания уменьшается.

Зона оптимального грансостава и зона оптимальной плотности не совсем совпадают. Это объясняется тем, что существует еще много других факторов (состав коллоидной части, количество органического вещества, а также вид, состояние агрофона и вообще уровень культуры земледелия), которые влияют на плотность строения почвы. Заслуживает внимания то, что зона оптимальной плотности строения сравнительно с зоной оптимального грансостава смещается на юг, где преобладает уже не среднесуглинистый, а тяжелосуглинистый грансостав. Это означает, что границы между оптимальными и благоприятными зонами довольно условны. Аналогично этому, как это осуществлено относительно гранулометрического состава, отклонение от оптимального интервала плотности постепенно ухудшает условия для минимализации возделывания. В одном случае нужно возделывать, чтобы уменьшить избыточную рыхлость почвы, во втором, наоборот — уменьшить плотность.

Используя главным образом ориентировочные оценки С.И. Долгова (1966) и П.У Бахтина (1969), почва с количеством агрономически ценных агрегатов более 70% признана лучшей, меньше 50% — имеющей, очевидно, некоторые недостатки (для нее минимализация возделывания нежелательна). Сопредельные к названным параметры соответственно отнесены к благоприятным или неудовлетворительным. Совсем слабооструктуренные или бесструктурные почвы (супесчаные и песчаные) в данном контексте не рассматриваются. За исключением Полесья, в Украине доминируют относительно хорошо и средне оструктуренные почвы, в которых частицы структурных компонентов агрономически ценного размера (от 10 до 0,25 мм) преобладает (60%). Кстати, количество пыли незначительное (менее 10%), а количество глыб (>10 мм в диаметре) может достигать, особенно на юге при вспашке в засушливых условиях, более 30% и даже более 50%, что может свести на нет положительные оценки оструктуренности почв страны.

Анализируя влажность почвы как компонент синтетической карты пригодности почв Украины к минимальному и нулевому возделыванию, заметим, что этот фактор на большей части Лесостепи не препятствует внедрению новых технологий. Более того, в Степи использование минимализированного по глубине и количеству операций возделывания очень полезно, так как одновременно способствует экономному расходованию продуктивной влаги. Только в Полесье и в западных областях, где больше возможность переувлажнения, его применение нецелесообразно.

Почвенная карта 3

Итак, соединив несколько перечисленных карт, получили удельную синтетическую карту, которая доказывает, что почвенный покров Украины благоприятный для внедрения минимальных технологий. Вообще примерно половина пашни почти не имеет препятствий относительно их применения (понятно, что здесь не учтены организационные, финансовые, кадровые и другие проблемы, которые мы рассмотрим ниже).

Имеющийся картографо-атрибутивный (аналитический) материал помогает обосновать еще несколько важных предположений. Одно из них касается переуплотнения почв, точнее выявления территорий, где эта проблема может быть острой. Как известно, отрицательные последствия от переуплотнения определяются состоянием почвы, которая подвергается действию ходовых систем, а именно: ее грансоставом, исходной плотностью и влажностью во время возделывания (весной и осенью). Если так же оценить почвенные факторы, которые определяют переуплотнение в условных баллах, создать легенду соответствующей карты, а потом и саму карту, то можно получить, как нами доказано (В.В. Медведев и др., 2004), достаточно вероятный прогноз переуплотнения и выявить территории, где эта проблема будет иметь наиболее отрицательные последствия. Почвы западных областей, исходя из такого анализа, склонны больше других к переуплотнению в период основного и предпосевного возделывания. Но и в Лесостепи и Степи склонность к переуплотнению почти такая же, поскольку этот процесс происходит под действием распространенных сегодня машинно-тракторных агрегатов. Практические выводы из этого очевидны: применение тяжелых сельхозорудий в период, когда почва наиболее склонна к переуплотнению, следует ограничивать.

ВИДЕО
СОБЫТИЯ