ВЛИЯНИЕ ГЛУБОКОГО РЫХЛЕНИЯ НА СВОЙСТВА ПОЧВ, ДРЕНАЖНЫЙ СТОК И УРОЖАЙ

Глубокое рыхление оказывает различное влияние на положение генети­ческих горизонтов и химические свойства почв. В слабоокультуренных под­золистых почвах и в подзолах с мощными элювиальными (подзолистыми, А2) горизонтами в процессе рыхления происходят перемещение участков горизонта А2 вверх и обогащение пахотного горизонта фрагментами подзо­листого.

На слабооподзоленных (А2 < 5-8 см) дерново-глеевых и глееватых по­чвах, на хорошо оструктуренных почвах с мощными гумусовыми горизонта­ми при движении стойки рыхлителя происходит поступление гумусирован­ного мелкозема в нижние слои профиля. Такое перемещение части горизонта А1 в иллювиальные слои почв улучшает их физические свойства и улучшает плодородие почв.

В процессе длительного последействия рыхления абсолютные значения плотности почвы постепенно приближаются к уровню нерыхленных почв. Однако при этом в почве образуется густая сеть вторичных трещин, по кото­рым активно мигрирует гравитационная влага (рис. 7.5). Изучение влияния рыхления по значениям Кф позволяет получить более объективную инфор­мацию, чем по другим физическим параметрам.

ГЛЕЕВАЯ Дренаж + рыхление

ГЛЕЕВАЯ Дренаж (контроль)

Рис. 7.5. Длительная сохранность вторичных влагопроводящих тре­щин в профиле дерново-подзолистых глеевых тяжелосуглинистых почв, возникших в результате глубокого рыхления

В почвах на тяжелых, кислых ленточных тонкослоистых глинах с высо­ким содержанием физической глины и ила (соответственно 80—90 и 40— 45%), способных к значительному набуханию и скольжению по тонким нео­днородным слоям, быстро (через 1—2 года) восстанавливаются исходные неблагоприятные физические свойства.

Вместе с тем в почвах на тяжелых моренных, лессовидных, пермских и аллювиальных почвообразующих породах наблюдается длительное последей­ствие глубокого мелиоративного рыхления. Эти гючвы отличаются тем, что они не обладают способностью к столь интенсивному набуханию, как ленточные

Рис. 7.6. Отсутствие эффекта крошения дерново-подзолистых глинистых почв на тон­кослоистых ленточных глинах. В результате глубокого рыхления образуются крупные каверны и единичные трещины. Новгородская область. Первый год последействия

Рис. 7.7. Эффективное крошение верхних горизонтов дерново- подзолистых тяжелосуглинистых глееватых почв на легких лес­совидных глинах в результате глубокого мелиоративного рыхле­ния. Московская область. Первый год последействия

глины, и скольжению. Они характеризуются значительным сцеплением (рис. 7.7).

Возникающая в процессе глубокого рыхления сеть вторичных трещин заполняется гумусированным мелкоземом. В результате глубокого мелиора­тивного рыхления изменение порового пространства почв происходит глав­ным образом за счет изменения межагрегатной пористости. Внутриагрегат­ная пористость, как правило, существенно не меняется. Лишь незначитель­ное ее уменьшение было обнаружено в случае, когда рыхлению подверга­лись глеевые горизонты в состоянии интенсивного увлажнения, приурочен­ные к поверхностным слоям почвенного профиля.

Интересные данные по характеристикам гидрологического режима рых­ления почв были получены при оценке эффекта его последействия на тяже­лых дерново-подзолистых дренированных почвах на лессовидных легких гли­нах в Вологодской области на массиве «Сахарово-Лихтошь». А.В. Белым установлено, что непосредственно после рыхления ординаты гидрографа на рыхленных участках имеют меньшие абсолютные значения, чем на контроле (рис. 7.8). Затем после полного обводнения профиля сток на рыхленных по­чвах существенно возрастает и его максимальные модули удается обнару­жить на системах с глубокой обработкой профиля. Это явление наблюдается в почвах на моренных, покровных, пермских глинах даже тогда, когда при низкой водопроницаемости профиля используется обратная гумусированная засыпка. Вместе с тем в почвах на ленточных глинах гидрограф дренажного

Рис. 7.8. Гидрограф дренажного стока на нерыхленных (/) и рыхленных (2) дерно­во-подзолистых глеевых почвах на лессовидных легких глинах в первый год эксплу­атации (мелиоративный почвенно-гидрологический стационар «Сахарово-Лихтошь». Вологодская обл.)

стока на рыхленных и нерыхленных вариантах, а также его общий слой ос­тавались весьма близкими. Возрастание стока в последнем случае можно обнаружить лишь при замене обратных глинистых засыпок на песчано­гравелистые.

Повышенная пористость рыхленных почв объясняет причины гистере­зиса подъема и спада стока с дренированных рыхленных и нерыхленных почв. Период подъема отличается бблыиими модулями стока на нерыхлен- ном (контрольном) участке, чем на рыхленных. Во время спада паводка, напротив, максимальными оказались модули стока на рыхленном массиве. Спустя 4 года последействия в почвах на лессовидных легких глинах этот феномен резко ослабевал или не проявлялся вообще.

Одновременно с этими изменениями наблюдается снижение урожая зер­новых и других культур. Через 4—5 лет урожай снижается до уровня урожая на нерыхленных контрольных участках (рис. 7.9). Это обусловлено формировани­ем вторично уплотненного подпахотного горизонта с Кф, близким к исходному.

Наконец, промежуточное положение с длительной сохранностью эффек­та глубокого мелиоративного рыхления можно наблюдать на дренированных глеевых почвах на глинистом карбонатном элюво-делювии пермских отложе­ний. Эти почвы обладают высоким содержанием гумуса, значительной карбо- натностью и повышенной агрегированностью. На рис. 7.10 показан режим влажности дренированной перегнойно-глеевой глинистой почвы в условиях 8-летнего последействия глубокого мелиоративного рыхления. Это мероприя­тие в рассматриваемых почвах обеспечило поддержание наиболее благоприят­ного режима влажности на протяжении всех влажных и средних по осадкам лет 8-летнего периода наблюдений. Лишь в исключительно засушливый 1979 г. с 90%-й обеспеченностью осадков в условиях континентального климата При-

Рис. 7.9. Влияние последей­ствия глубокого мелиоратив­ного рыхления на урожайность зерновых. Дренированные дерново-подзолистые глеева­тые почвы на легких лессовид­ных глинах (мелиоративный почвенно-гидрологический стационар «Сахарово-Лих- тошь»):

а) и в) — междренные расстоя­ния (Е) — 20 м; б) — 40 м; 1 — контроль; 2— рыхление пассив­ными рыхлителями; 3 — то же, активными

уралья на рыхленных перегнойно-глеевых почвах в результате снижения влаж­ности в поверхностном слое горизонта А_пах ниже ВРК наблюдалось некоторое снижение урожайности (табл. 7.3). В средние и влажные годы благодаря лик­видации очагов избыточного увлажнения в слое 0—40, 45 см урожайность всех культур при оптимальном междренном расстоянии 20 м превышала конт­рольные значения на 15—50% по отдельным годам, а за весь период наблюде­ний — в среднем по всем культурам на 18—28% (соответственно при рыхлении рыхлителями пассивного и активного действия).

Такое длительное благоприятное влияние глубокого рыхления на режим влажности и урожайность обусловлено изменением физических свойств и усилением внутрипочвенного стока. Влияние этих факторов отчетливо про­является в изменении рисунка гидрографа дренажного стока под влиянием глубокого рыхления на восьмой год его последействия (рис. 7.10).

Существенно и то, что глубокое рыхление резко сократило (рис. 7.10) продолжительность неблагоприятных периодов для нормальной работы сель­скохозяйственной техники. Такие периоды во время сева и уборки на рых­ленных участках были в 2—3 раза короче, чем на нерыхленных.

Рассмотрим и весьма существенный для практики факт снижения уро­жая в экстремально сухие годы на рыхленных перегнойно-глеевых почвах. В этом случае готовность дренированных и рыхленных перегнойно-глеевых почв к севу наблюдается значительно раньше нормативных сроков их обра­ботки. Поэтому на таких почвах особенно важно соблюдение сроков выпол­нения сельскохозяйственных работ в условиях их агрономической «спелос­ти». На менее заболоченных — дерново-глееватых оподзоленных почвах Предуралья — рыхление вызывает излишнее иссушение поверхностных сло­ев в условиях регулярной поздневесенней — раннелетней засухи и (в сухие и средние годы) снижение урожайности по сравнению с нерыхленными по­чвами. Поэтому его выполнение на таких слабозаболоченных почвах неце­лесообразно. Оно может быть с успехом заменено кротованием.

Эффект глубокого мелиоративного рыхления обусловлен действием вто­ричных межагрегатных трещин. Исчезнувшая сеть трещин после длительно­го последействия (через 9 лет), невидная в сыром состоянии, восстанавлива­ется при высыхании почвы. Они длительно действуют как активные вторичные влагопроводящие поры профиля и определяют более высокие модули дре­нажного стока на протяжении всего годового цикла работы дренажа (рис. 7.11).

Все эти факторы объясняют причины стабильности высоких значений Кф на глубинах 40—70 см. Полученные данные позволяют признать, что по­следействия глубокого мелиоративного рыхления по значениям Кф в почвах второй группы прослеживаются на протяжении 8—10 лет (табл.

Вероятно и более длительное последействие глубокого рыхления. Так, Д. Шредер и Г. Шульте-Карринг [Schroder, Schulte-Karring, 1984] на почвах типа псевдоглей на тяжелых лессовидных породах в Германии показали зна­чимое влияние глубокого мелиоративного рыхления активным рыхлителем «Брениг» на протяжении двадцати лет. После такого продолжительного сро­ка последействия в рыхленных почвах наблюдались увеличение общего объема дренажного стока на фоне его замедления в начальной фазе, повышенная водопроницаемость и более высокая урожайность по сравнению с контро­лем, увеличение средней урожайности зерновых с 6,1 т/га на 2—11% только за счет глубокого рыхления и на 13—28% при его сочетании с удобрением.

32

Вместе с тем в первые годы после рыхления почв независимо от вида рыхлителей урожайность культур, как правило, оказывается выше, чем на нерыхленных почвах. В дальнейшем происходит прогрессивное снижение урожайности до уровня контроля. Через 4—5 лет урожайность на контрольных и рыхленных почвах в условиях полевых севооборотов оказывается равной.

Причина этого связана с тем, что под влиянием тяжелой колесной тех­ники происходит интенсивное уплотнение подпахотных горизонтов (рис. 7.12). На глубине 25—45 см восстанавливаются водоупорные свойства подпахотного горизонта. На нем застаивается вода снеговых и дождевых паводков, вызывая угнетение сельскохозяйственных культур. Все эти данные, полученные в раз­ные сроки на разных почвах и почвообразующих породах [Зайдельман, Гинз­бург, Гусев, 1985; Зайдельман, Плавинский, Белый, 1986] Нечерноземной зоны, позволяют внести принципиальные изменения в общепринятую тех­нологию рыхления. Они заключаются в следующем.

Рис. 7.10. Режим влажности и верховодки тяжелых перегнойно-глее­вых почв на глинистом элюво-делювии пермских отложений (мелио­ративный почвенно-гидрологический стационар «Ивакинские пашни»): а) 1980 г. (третий год последействия): б) 1985 г. (восьмой год последействия); почвы: / — недренированная; II — нерыхленная дренированная (£ = 20 см), контроль; III — дренированная (£=20м), рыхленная активными рыхлителями WS-I и WS-II; 1 — влажность выше 75% ПВ; 2— менее 0,7 ППВ; 3 — 07 ППВ-ППВ;

4 — ППВ-0,9 ПВ; 5 — 0,9 ПВ-ПВ; 6 — ПВ (верховодка)

В почвах на лессовидных, аллювиальных, моренных, пермских тяжелых суглинках и глинах срок воспроизводства глубокого мелиоративного рыхле­ния в эксплуатационный период должен определяться продолжительностью исчезновения эффекта рыхления в слое глубже 25 см. Если здесь после рых­ления сохраняется высокая водопроницаемость спустя 5—8 лет и более, а на глубине 20—40 см в результате работы сельскохозяйственной техники возни­кает водоупорный горизонт, то следует применить поверхностное рыхление. Поверхностное агрономическое рыхление выполняет хозяйство в эксплуата­ционный период для разрушения вторичного водоупорного горизонта на глу­бине 20—40 см. Такое рыхление необходимо для восстановления гидрологиче­ской связи всех горизонтов почвенного профиля. Его можно заменить чизелеванием на глубину 40—45 см (рис. 7.13).

Эту задачу можно решить также, используя «шахтный плуг» [Зефельта и Пауля, 1987], который одновременно с пахотой выполняет рыхление в узкой

Влияние длительного последействия глубокого мелиоративного рыхления на урожайность районированных культур

на перегнойно-глеевых глинистых почвах на элюво-делювии пермских отложений. Эколого-мелиоративный почвенно-гидрологический стационар «Ивакинские пашни». Кировская обл.[19]

Относительное увеличение Кф в результате сплошного рыхления в слое 40-70 см в первый год после рыхления на глубину 0-80 см и продолжительность последействия. Определение боковой фильтрации по восстановлению уровня воды в скважине

Рис. 7.11. Модули дренажного стока и режим верховодки на дренирован­ных (Е = 20 м) перегнойно-глеевых почвах на глинистом элюво-делювии пермских отложений — восьмой год последействия (мелиоративный по­чвенно-гидрологический стационар «Ивакинские пашни», 1985 г.):

1 — нерыхленные почвы; 2 — почвы, рыхленные активными рыхлителями WS-I и WS-II

зоне «шахт», отстоящих друг от друга на 35 см. Ширина «шахты» 10 см, вы­сота 20 см. Такие вертикальные рыхленные прямоугольники в толще плот­ных подпахотных горизонтов (22—42 см) стабильны даже в легких почвах и

Рис. 7.12. Изменения коэф­фициентов фильтрации раз­личных слоев почв на лессо­видных, моренных и пермских тяжелых отложениях в про­цессе длительного последей­ствия активного глубокого мелиоративного рыхления: 1 — в зоне работы лемеха рыхли­теля, слой 40-70 см; 2 — в подпа­хотном горизонте, слой 25-40 см, 3 — в подпахотном горизонте до рыхления (контроль)

СО 1\0

Рис. 7.13. Изменение сложения тяжелых почв после глубокого мелиоративного (0,8- 1,0 м) рыхления, уплотнения и повторного разуплотнения при использовании по­верхностного рыхления в эксплуатационный период (/■/ = 0,4-0,45 м): а) исходный профиль; б) после глубокого рыхления; в) после 4-5 лет эксплуатации; г) пос­ле поверхностного рыхления (чизелевания); 1 — пахотный горизонт; 2 — плотные горизон­ты; 3 — горизонты повышенной водопроницаемости после рыхления; 4 — вторичный водо­упорный горизонт, возникший после глубокого рыхления в процессе использования территории в сельскохозяйственном производстве

восстанавливают гидрологическую связь пахотного горизонта и рыхленной толщи ниже уплотненного подпахотного слоя (рис. 26).

Повторное глубокое мелиоративное рыхление выполняют в эксплуата­ционный период только после исчезновения эффекта рыхления в слое 40- 70 см. Следует исходить из того, что в почвах на тяжелых моренных, лессо­видных, пермских и аллювиальных почвообразующих породах длительность

последействия глубокого рыхления при использовании гусеничной сельско­хозяйственной техники или при размещении на рыхленных почвах сенокос­ных и пастбищных угодий сохраняется до 8—12 лет (вероятно, дольше). В таких случаях глубокое мелиоративное рыхление возможно один раз в 8- 12 лет, поверхностное — через 4 года или реже. При использовании тяжелой колесной техники с большим удельным давлением на почву (более 80- 100 кПа) и особенно в процессе эксплуатации почв во влажные периоды или годы эффект глубокого рыхления исчезает значительно быстрее (через 3- 5 лет). В последнем случае целесообразно заменять глубокое рыхление кро- тованием почв на глубину 60—70 см.

7.3.5.