Пропашные культуры, к примеру, за счет системы обработки почвы с постоянным рыхлением и усилением процессов разрушения органического вещества и ухудшения физического состояния почвы наносят больше вреда, чем приносят пользы. По этой причине они относятся к почворазрушающим. В то же время многолетние травы обладают мощным фитомелиоративным эффектом и потому рассматриваются как почвовосстанавливающие. Однолетние зерновые культуры занимают промежуточное положение и вследствие равномерного распределения корневой системы и более плотного сложения благотворно влияют на свойства почв. Однако относительная непродолжительность жизни снижает их положительное влияние на почву. Кроме того, корневая система злаков начинает отмирать уже с момента их цветения [12]. Поэтому озимые, которые длительное время сохраняют почву в стабильном состоянии, заглушают сорняки и оставляют много пожнивных и корневых остатков, больше сходства имеют с почвовосстанавливающими многолетними травами, а яровые - с пропашными.
Анализируя фитомелиоративный потенциал разных растений, культурные растения можно расположить по почвовосстанавливающеи эффективности в ряд: многолетние травы - двулетние бобовые травы - однолетние травы - озимые - зернобобовые - яровые зерновые - пропашные.
Возделываемые культуры оказывают существенное влияние на оструктуренность пахотного слоя почв. Например, при постоянном паровании и под кукурузой содержание агрегатов крупнее 0,25 мм было около 20%, после 6-летнего возделывания пшеницы -18%, под люцерной - 25%. Это еще раз подтверждает известное положение о структурообразующей роли многолетних трав. Частое действие почвообрабатывающих орудий также способствует снижению содержания микроагрегатов в пахотном слое почвы [12].
По мнению П.В.Вершинина, чем больше травы оставляют в почве растительных корневых остатков, тем выше их структурообразующая роль, а корневых остатков в почве после трав будет больше там, где был выше урожай трав. Работа А.А.Плотникова также показывает, что увеличение водопрочных агрегатов идет в соответствии с увеличением урожая трав. При этом, по данным И.Б. Ревута происходит резкое (в 2,5 раза) повышение оструктуренности почвы. П.В.Вершинин отмечал снижение эффекта действия многолетних трав на восстановление структуры почвы к юго-востоку, т. е. к засушливым районам.[15]
Известно, что корневая система растений выступает в роли мощного агента структурообразования, пронизывая почву во всех направлениях густой сетью мелких корешков. Корни могут проникать в почву по трещинам, следам сгнивших корней и корневищ растений, по ходам животных. Корни заселяют также те глубокие слои почвы, где почва мало иссушается, а промерзание сравнительно слабое или мало проявляется. Немаловажную роль играют мелкие корни и корневые волоски, которые могут поселяться и в нерасчлененной части почвы или подпочвы. Даже плотная почва во влажном состоянии не оказывает значительного сопротивления прохождению корневого волоска, нередко имеющего несколько микрон в диаметре. Расчленяющая деятельность мелких корешков распространяется на несколько миллиметров и даже доли миллиметров. В соответствии с этим и размеры структурных комков, образующихся в результате деятельности корней растений, могут быть незначительными [13].
По П.В.Вершинину, процесс рыхления почвы под травами протекает следующим образом: первый год после однолетней зерновой культуры, в которую подсеваются травы, поле начинает уплотняться; ввиду прекращения обработки, рыхлящей почву, и под действием корневых систем развивающихся травосмесей плотность почвы под травами продолжает повышаться. В зависимости от состава травосмеси, удобрительного фона и общих почвенных условий основная масса корней трав создается либо в первый год, либо во второй. Пространства после отмирания корней и корешков в осенне-зимнее время заполняются водой, которая замерзает, расширяет эти ходы, реализуя тем самым агрегатное строение почвы, создаваемое корневыми системами травосмеси. На третий год жизни трав в пахотном горизонте плотность почвы начинает уменьшаться, уплотняющей эффект трав переходит в рыхлящий. И.Б.Ревут, ссылаясь на опыты, проведенные в сельскохозяйственной академии им. К.А. Тимирязева, также подчеркивает значение однолетних и многолетних растений в расчленении почвы и улучшении ее структуры.
По В.Р.Вильямсу, основная схема образования водопрочных агрегатов сводится к тому, что в ходе разложения корневых остатков некоторых растений (при участии соответствующей микрофлоры) образуется деятельный перегной, который пропитывает почвенные комочки и склеивает их, а в дальнейшем это органическое вещество, которое превращает перегной в цемент, претерпевает необратимые изменения (денатурацию).
Исследования Г.Н.Лысака доказывают, что структурные отдельности, образованные под многолетними травами, не разрушаются довольно продолжительное время. Им установлено, что на пятый год после распашки многолетних трав содержание водопрочных агрегатов размером более 3 мм было больше почти в три раза по сравнению с полями зернопропашного севооборота, что привело к повышению водоудерживающей способности, водопроницаемости почвы и оптимизации сложения.
Это связано с тем, что многолетние травы оставляют после себя в почве пожнивных и корневых остатков в 3-4 раза больше, чем зерновые культуры. Многолетние травы являются источником образования свежего перегноя, способствующего повышению содержания гумуса, который принимает активное участие в образовании почвенной структуры почвы. Кроме того, многолетние травы непосредственно воздействуют на почву своей мощной корневой системой и оказывают механическое воздействие на образование почвенной структуры. В итоге повышается противоэрозионная устойчивость почвы.
Одним из древнейших способов улучшения структурного состояния почвы является оставление старопахотной почвы под залежь на 15-20 лет. В течение этого периода происходит на поле постепенная смена сорняков пыреем, а затем растительностью, свойственной целине (злаки, ковыль, типчак, разнотравье). Обильная корневая система, дернина трав, активная деятельность микроорганизмов приводят со временем к увеличению водопрочных структурных агрегатов и восстановлению почвенного плодородия.
О влиянии отдельных видов злаковых многолетних трав на структуру почвы в литературе относительно мало информации. Имеются данные общего характера о воздействии на почву некоторых степных сообществ с доминированием злаковых видов (ковыльно-разно-травные, ковыльно-типчаковые и т.д.). Причем структурное состояние почвы под этими сообществами зависит от степени испытываемого пресса: эрозионные процессы, выпас и выгон скота и т. д.
Некоторые исследования были направлены на изучение оструктуривающей способности сеяных видов многолетних злаковых трав. В качестве эффективного компонента севооборотов для почвооструктуривания Х.Г.Терегуловым был предложен кострец безостый. На сегодняшний день эта культура возделывается повсеместно.
В отличие от злаковых, многолетние бобовые травы являются источником почвенного органического вещества, богатого азотом. Они поддерживают плодородие почвы на высоком уровне. Многолетние бобовые травы, в отличие от однолетних, обладают высокой конкурентной способностью по отношению к сорнякам. На второй — третий год произрастания они подавляют сорную растительность. Полезное действие бобовых длится в течение нескольких лет. Исследования академика Н.И.Саввинова свидетельствуют о том, что корневая система однолетней культуры играет большую роль в расчленении почвы на макроструктурные отдельности. В зонах достаточного увлажнения почва под действием корневых систем травянистой растительности приобретает способность крошиться на агрегаты. Некоторые однолетние культуры отличаются очень развитой корневой системой. Так, отмечая преимущество многолетних трав по накоплению корневой массы, Н.А.Качинский подчеркивал, что и однолетние травы формируют значительное количество подземной фитомассы.[13]
Среди однолетних культур особо следует отметить озимые, которые имеют большое значение в защите почв от эрозии. В наиболее критические периоды развития водной эрозии весной во время снеготаяния и стока поверхностных вод озимые культуры, как и многолетние травы, разбивают водные потоки на более мелкие ручейки, не дают им концентрироваться в более крупные водные потоки, замедляют скорость течения, что способствует защите почвы от смыва. Ветровая эрозия проявляется осенью, зимой и весной до появления растительного покрова. В этот период озимые культуры защищают почву от выдувания.
В отличие от озимых, яровые зерновые рядового посева относятся к культурам, способствующим развитию эрозии почвы. Защитить почву от выдувания они в состоянии только в поздние фазы вегетации, а во время ливневой и ветровой эрозии пропашные культуры не в состоянии защитить почву от смыва и выдувания, так как большая площадь остается незащищенной растительным покровом. Эти культуры требуют ежегодной основной обработки почвы. При длительном их возделывании без применения удобрений происходит ухудшение физических свойств почвы, а главное — распыление почвенной структуры.
Г.Н.Лысак показал уменьшение содержания водопрочных структурных комочков в полях зернопропашного севооборота, хотя при сухом просеивании содержание макроагрегатов было довольно высоким. Количество фракций размером более 0,25 мм и 1 мм снижается в несколько раз, что связано с уменьшением содержания гумуса и органического вещества. Это позволяет сделать вывод, что при возделывании однолетних культур в почве содержатся в большом количестве ложно-структурные агрегаты, которые образовались при механическом сдавливании почвы и склеивающем воздействии почвенной влаги. Эти непрочные агрегаты легко разрушаются при механическом воздействии.