Способ основной обработки черноземной почвы

Изобретение относится к сельскому хозяйству, в частности к земледелию, и может быть использовано для оценки степени деградации черноземной почвы и выбора оптимального способа ее основной обработки.

Агрофизические показатели черноземных почв изменяются в зависимости от обработки почвы, приемов повышения плодородия почв, возделываемых культур в севообороте, предшественников, фаз развития растений, погодных условий. В настоящее время агрофизические свойства почв, в том числе черноземов, отличаются от оптимальных величин и имеют устойчивую тенденцию ухудшения: происходит переуплотнение почв, утрата зернистой структуры, снижение полевой влагоемкости, водопроницаемости. В уплотненной почве нарушаются микробиологические процессы, накапливаются восстановленные соединения, снижается плодородие.

Основным известным подходом при выборе того или иного способа обработки почвы считается показатель плотности почвы.

Известен способ оценки агрофизической деградации черноземных почв по величинам равновесной плотности (Козловский Ф.И. Агродеградация черноземов [Текст] / Ф.И. Козловский, В.А. Чаплин // Степи Русской равнины: состояние, рационализация аграрного освоения. - М.: Наука, 1994. - С. 174-190). Он включает возделывание и учет урожая сельскохозяйственных культур на почве в естественных условиях, определение энергопотенциала каждого способа и приема обработки почвы с учетом наличия или отсутствия почвенной корки на поверхности.

В данном способе применяется 5-балльная шкала оценки агрофизической деградации черноземных почв по величинам равновесной плотности. Проявление деградации учитывается по снижению продуктивности сельскохозяйственных культур, а также по усложнению агротехники и ухудшению условий обработки почвы - от отсутствия ограничений в выборе способов и средств обработки почвы до резкого сокращения продуктивности зерновых культур и частых пересевов. В зависимости от балла деградация проявляется различной степенью уплотнения, а также наличием или отсутствием почвенной корки на поверхности. Данный способ позволяет унифицировать подход к агроэкологической оценке разнообразных проявлений выпаханности черноземов.

Недостатком известного способа является то, что он учитывает только один агрофизический показатель - плотность почвы, что недостаточно для объективной оценки пригодности почвы к минимализации ее основной обработки.

Другой известный способ основан на сопоставлении величин равновесной и оптимальной плотности для культур, определяющий потребность в той или иной механической обработке (Доспехов Б.А. Минимализация обработки почвы: направление исследований и перспективы внедрения в производство [Текст] / Б.А. Доспехов // Земледелие. - 1978. - №9. - С. 26-31).

В известном способе для оценки состояния почвы используются только характеристики плотности почвы и не учитываются другие агрофизические и физико-механические показатели. Это снижает объективность оценки состояния почвы.

Известен способ оценки состояния почвы черноземного типа (описание к патенту РФ 2322671, МПК G01N 33/24).

Способ заключается в том, что учитывают отчуждаемый урожай У и после уборки исследуют биологические показатели плодородия в образцах почвы пахотного слоя, включая суммарное содержание микроорганизмов микробного ценоза ΣХмi, содержание гумуса и детрита Хгд, биомассу микроорганизмов и растительных остатков Хбр, нитрификационную способность Хн и ферментативную активность Хн. И далее рассчитывают степень выпаханности В почвы по формуле В=К₀[К₁ΣХмi+К₂Хгд+К₃Хбр+К₄Хн+К₅ΣXai-У-375,5], где К₀-К₅ - эмпирические коэффициенты: К₀=(1,5…2,1), К₁=(0,85…1,25), К₂=(0,2…0,3), К₃=(0,2…0,9), К₄=(0,7…0,8), К₅=(0,4…0,8), а качество почвы оценивают по пятнадцати балльной шкале, относя: при В=0-3 балла к невыпаханным почвам, при В=3-5 балла к слабо выпаханным почвам, при В=5-10 балла к средне выпаханным почвам, при В=10-15 баллов к сильно выпаханным почвам. Способ может быть использован в земледелии для оценки изменений качественных показателей пашни, преимущественно черноземного типа, в процессе возделывания сельскохозяйственных культур и позволяет повысить точность оценки состояния почвы и эффективность землепользования.

Недостатком известного способа является то, что в нем не учитываются важные агрофизические показатели плодородия почвы (структура, плотность и твердость почвы), а лишь микробиологические. Предложенная 15-балльная шкала оценки из-за большого количества показателей приводит к трудностям при анализе результатов.

Известен способ оценки выпаханности разных типов почв по содержанию структурных агрегатов и их водопрочности (Таразанова Т.В. Диагностика степени выпаханности почв зонального ряда европейской части России / Т.В. Таразанова. - автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата биологических наук. - Москва. - 2002. - 18 с.), где исследуемые показатели предложено использовать в качестве диагностических критериев степени выпаханности почв. Эти показатели рекомендовано использовать при проведении почвенно-экологического мониторинга и работ по бонитировке и экономической оценке земель. Однако такая оценка является общей.

Заявленная автором оценка выпаханности почв по 25-балльной шкале фактически является трехбалльной, так как нет конкретизации по каждому баллу структуры почвы. Оценка выпаханности почв по одному критерию снижает достоверность оценки данного показателя, это в свою очередь уменьшает производственное значение предложенной оценки и не позволяет использовать ее для повышения плодородия почвы.

Известен способ оценки состояния почвы черноземного типа (описание к патенту РФ 99120164, МПК G01N 33/24).

Способ оценки агроэкологической устойчивости мелиорированных агроландшафтов при двухуровневой информативности (исходное и нарушенное состояние), включающий оценку почвенных разностей в баллах, нахождение среднего оценочного балла и средневзвешенного бонитета почвы, условной продуктивности, интегрального показателя агроэкологической устойчивости, уровня и степени экологической устойчивости, комплекса технологических мероприятий, отличающийся тем, что, с целью повышения точности и объективности оценки уровня и степени агроэкологической устойчивости исследуемого объекта, балльную оценку почвенных разностей, определение среднего оценочного балла и средневзвешенного бонитета почвы, условной продуктивности, интегрального показателя агроэкологической устойчивости проводят по двум временным точкам отсчета - до и после вмешательства человека.

Недостатками известного способа является то, что оценка показателей в нем проводится уже по факту вмешательства человека, когда уже поздно проводить мероприятия по предотвращению деградации черноземов, кроме того, данный способ не предлагает выбор систем основной обработки почвы в севооборотах.

Известен способ оценки выпаханности в зависимости от агрофизических показателей плодородия черноземов (Трофимова Т.А. Научные основы совершенствования основной обработки и регулирование плодородия почв в ЦЧР / Т.А. Трофимова. - автореферат диссертации на соискание ученой степени доктора сельскохозяйственных наук. - Воронеж. - 2014. - 47 с.), позволяющий определить пригодность почвы к минимализации основной обработки. Расчет степени выпаханности проводится по 4-балльной шкале: при сопоставлении трех показателей агрофизической деградации почв (плотности, твердости, содержание агрегатов >10 мм) оценивается степень выпаханности и рекомендуется системы основной обработки почвы в севообороте.

Известный способ используют для выбора системы обработки почвы во всем севообороте, не учитывая индивидуальные особенности отдельного поля или его части, а также возделываемых культур в нем.

Задачей изобретения является повышение эффективности землепользования за счет повышения точности оценки состояния черноземной почвы.

Технический результат от использования изобретения - повышение экономической эффективности основной обработки почвы и снижение расхода горюче-смазочных материалов (ГСМ) при возделывании сельскохозяйственных культур на черноземных почвах.

Технический результат достигается тем, что в способе основной обработки черноземной почвы, включающем измерение агрофизических показателей почвы, оценку степени ее выпаханности по значениям плотности (d, г/см³), твердости (Т, г/см²), структуры (С, %) и выбор механического воздействия на почву, отбор почвенных проб производят за 10-15 дней до уборки сельскохозяйственных культур на прямоугольных элементарных участках с соотношением сторон 1:2 и площадью 2-10 га с шагом 50-100 м по средней линии участка вдоль его длинной стороны, при этом степень выпаханности определяют по зависимости:

где

а₁, а₂, а₃ - эмпирические коэффициенты:

a₁ = (0,83 - для пропашных культур, 0,97 - для зерновых и зернобобовых, 1,16 - для многолетних трав), см³/г,

а₂ = (0,75 - для пропашных культур, 0,93 - для зерновых и зербобобовых, 1,22 - для многолетних трав), см²/г,

а₃ = (0,8 - для пропашных культур, 1,0 - для зерновых и зербобобовых, 1,2 - для многолетних трав), 1/%,

d - плотность почвы, г/см³;

Т - твердость почвы, г/см²;

С - структура почвы, содержание агрегатов >10 мм, %,

при значениях проводят мелкую мульчирующую, совмещенную с посевом предпосевную минимальную обработку или нулевую, при проводят безотвальную и/или комбинированную разноглубинную обработку почвы, при проводят отвальную обработку почвы.

Сущность способа заключается в том, что для выбора оптимального способа основной обработки черноземной почвы, определения пригодности к ее минимализации и применения приемов биологизации перед уборкой сельскохозяйственной культуры проводится оценка степени деградации, путем исследования образцов почвы пахотного слоя с определение плотности, твердости, наличия плужной подошвы, глыбистой фракции (размер агрегатов >10 мм).

а₁, а₂, а₃ - эмпирические коэффициенты, установленные исходя из корреляционной зависимости агрофизических показателей черноземов (плотность, твердость и структура) и степени выпаханности, которые имеют обратную зависимость от соответствующего показателя.

Плотность почвы является главным показателем физического состояния почв. Она определяет интенсивность микробиологических и физико-химических процессов, направленность водного, теплового и воздушного режимов, что сказывается на мобилизации питательных веществ, их доступности и использовании растениями. С плотностью почвы непосредственно связаны эффективность и качество механической обработки, затраты на проведение обработки почвы.

Твердость почвы - это сопротивление почвы расклиниванию. Твердые почвы имеют высокое удельное сопротивление, требуют больших затрат на обработку, затрудняют проникновение корней в глубь почвы, что приводит к снижению урожайности сельскохозяйственных культур.

Структура почвы показывает содержание в ней агрегатов >10 мм. Она оказывает влияние на водный, воздушный и тепловой режимы почв, микробиологическую активность и образование в почве доступных питательных веществ.

Сопоставление этих показателей дает возможность определить потребность в той или иной механической обработке, а также позволяет наметить пути снижения интенсивности обработки почвы, вплоть до полного отказа от нее.

На рисунке представлена схема выбора обработки почвы - фрагмент плана землепользования хозяйства с видами обработки элементарных участков.

Способ осуществляется следующим образом: за 10-15 дней до уборки сельскохозяйственных культур проводят отбор почвенных проб. Картографической основой для отбора проб является план землепользования хозяйства с границами полей и элементами внутрихозяйственного землеустройства. Масштаб картографической основы должен соответствовать масштабу почвенных карт обследуемой территории.

На картографическую основу наносят сетку элементарных участков установленного размера. Элементарный участок - это наименьшая площадь, которую можно охарактеризовать одной объединенной пробой почвы. Форма элементарного участка по возможности должна приближаться к прямоугольной с отношением сторон не более 1:2. Каждому элементарному участку присваивают порядковый номер. Максимально допустимые размеры элементарных участков определяются в зависимости от площади поля (таблица 1).

Сетку элементарных участков наносят путем сплошного наложения на все поля севооборота, подлежащие обследованию. На картографической основе в пределах каждого выделенного элементарного участка прокладывают маршрутный ход - посередине элементарного участка вдоль его длинной стороны.

Каждое поле, предназначенное для обследования, разбивают на элементарные участки в соответствии с сеткой элементарных участков и определяют расстояние между точками учета.

В каждой точке учета известными способами (Доспехов Б.А. Практикум по земледелию / Б.А. Доспехов, И.П. Васильев, А.М. Туликов. - 2-е изд. перераб. и доп. - М.: Агропроимиздат, 1987. - 387 с.) проводят отбор почвенных проб для определения плотности почвы, ее структуры, измеряют твердость почвы.

Отбор проб и проведение учетов не проводят вблизи дорог, куч органических и минеральных удобрений, мелиорантов, со дна развальных борозд, на участках, резко отличающихся лучшим или худшим состоянием растений.

В пределах каждого элементарного участка точки учета располагают равномерно по маршрутному ходу через равные интервалы.

Из проб, отобранных в точках учета, составляют объединенную пробу каждого элементарного участка. Масса одной объединенной пробы должна быть не менее 250 г.

Отобранные объединенные пробы вместе с этикеткой помещают в мешочки или бюксы. На этикетке пробы указывают: название хозяйства; номер севооборота; культура; номер поля; площадь поля; номер элементарного участка; номер точки учета; номер пробы; дату отбора пробы.

Отобранные в течение дня пробы подсушивают в раскрытых мешочках, бюксах или коробках в сухом проветриваемом помещении.

Почвенные пробы анализируется на разборочном пункте. Известными способами (Доспехов Б.А. Практикум по земледелию / Б.А. Доспехов, И.П. Васильев, А.М. Туликов. - 2-е изд. перераб. и доп. - М.: Агропроимиздат, 1987. - 387 с.) определяют плотность почвы (d, г/см³), ее структуру (С, %), твердость (Т, г/см²). Полученные результаты записывают в журнал. Степень выпаханности черноземов определяют по зависимости:

где

а₁, а₂, а₃ - эмпирические коэффициенты, установленные исходя из корреляционной зависимости агрофизических показателей черноземов (плотность, твердость и структура) и степени выпаханности, которые имеют обратную зависимость от соответствующего показателя. Численные значения коэффициентов:

a₁ = (0,83 - для пропашных культур, 0,97 - для зерновых и зернобобовых, 1,16 - для многолетних трав), см³/г,

а₂=(0,75 - для пропашных культур, 0,93 - для зерновых и зернобобовых, 1,22 - для многолетних трав), см²/г,

а₃ = (0,8 - для пропашных культур, 1,0 - для зерновых и зернобобовых, 1,2 - для многолетних трав), 1/%.

Выбор численных значений а₁, а₂, а₃ представлен в таблице 2.

В результате по зависимости (1) между измеренными показателями d, Т и С судят о степени выпаханности черноземов и определяют способ их основной обработки почвы. В таблице 3 представлены способы выбора основной обработки почвы в зависимости от агрофизических показателей.

На почве с оптимальными агрофизическими показателями проводится мелкая мульчирующая, совмещенная с посевом предпосевная минимальная обработка или нулевая обработка почвы.

Малопригодной к минимализации основной обработки почвы относят средневыпаханную почву, на которой проводится безотвальная и/или комбинированная разноглубинная обработка.

На сильновыпаханной почве с наличием плужной подошвы, утратой почвой структуры, цементацией, существенным снижением продуктивности сельскохозяйственных культур проводится отвальная обработка почвы. Ежегодная мелкая мульчирующая и нулевая обработка под все культуры севооборота на сильновыпаханных почвах не проводится.

После расчета степени выпаханности и определения способа основной обработки почвы в каждом элементарном участке полученные результаты вносят на план землепользования хозяйства. Каждый способ обработки обозначается либо цветом, либо штриховкой.

План землепользования хозяйства с нанесенными на него результатами обследования используется при проведении основной обработки почвы.

Предлагаемый способ в сравнении с известными аналогами обладает рядом важных преимуществ.

- в предлагаемом способе за счет использования большего количества важных агрофизических показателей (плотность, твердость почвы, содержание пахотных агрегатов) повышается точность результатов при оценке степени выпаханности почв, что позволяет рекомендовать оптимальные системы обработки почвы;

- точная и объективная оценка почвенного плодородия лежит в основе эффективного землепользования при возделывании сельскохозяйственных культур. Она необходима не только для оценки производительной способности конкретных почв, но и для эффективного использования различных приемов и способов обработки почвы.