В связи со значительным влиянием уплотнения на урожай, проводятся расчеты изменения урожайности с увеличением степени уплотнения. Зависимость между урожаем с/х культур и плотностью почвы определяется следующим уравнением (Кушнарев А.С., 1981): Q = 1 – [ a (Popt – P)2 + в (Popt – P)], где Q – урожай в долях от оптимального урожая, получаемого при оптимальной плотности почв; Popt – оптимальная плотность почв; текущее значение плотности; а и в – эмпирические коэффициенты. По данным автора, для сахарной свеклы зависимость урожая от плотности определялась уравнением: Q = 1 – [13,96 (Popt – P)2 + 0,08 (Popt – P)]. Уменьшение плотности почвы на 0,1-0,3 г/см3 от оптимальной приводило к снижению урожая на 20-40%. Но очевидно, что подобные эмпирические уравнения не отражают всей сложности существующих зависимостей и не могут быть применены для других почв и условий.
Изменение свойств почв при уплотнении зависит от сочетания свойств исходных почв и взаимовлияния на почву факторов деградации. Обычно вспашка увеличивает объем крупных пор, и это определяет возрастание водопроницаемости, корнепроницаемости, воздухоснабжения. Однако, при этом происходит уплотнение нижней части горизонта. Образуется плужная подошва. Это уплотнение зависит от мощности гумусовых горизонтов, степени оподзоленности почв, влажности. Буферность или устойчивость к уплотнению является для отдельных почв характеристическим показателем. Если не учитывать особенности почвы при ее вспашке, то можно ухудшить ее физические свойства. Уплотнение подпахотного горизонта способствует быстрому пересыханию верхнего горизонта и увеличивает его подверженность эрозии (Карпачевский Л.О., 1993). При утяжелении гранулометрического состава от песка до тяжелого суглинка уменьшается плотность почв, возрастает влажность завядания, влагоемкость почв. В легкой глине плотность почв может снова возрастать (Карпачевский Л.О., 1993).
Уплотнение почв может соответствовать как уменьшению скважности почв, так и разрушению макро- и микроагрегатов почв. Механическое уплотнение чаще приводит к уменьшению скважности почв, оглеение, осолонцевание, в первую очередь, действует на устойчивость агрегатов почв. По данным Зубковой Т.А. (2000), механическая прочность агрегатов отражает свойства почвенной матрицы на структурном макроуровне. Прочность агрегатов пропорциональна числу контактов, которые определяются удельной поверхностью почвенной матрицы и числом ее сорбционных центров. По мнению автора, оценкой структурных связей агрегатов может быть характеристика степени межчастичного контактирования – максимальное – в глинистых почва, минимальное – в легко и среднесуглинистых. При максимальном контактировании отмечается и большая механическая прочность агрегатов. Так, например, в легком суглинке порозность агрегатов составляет 40-50%; механическая прочность на раздавливание Р – 13-31 кПа; число контактов - < 8. 1010см-2, а в средней глине порозность – 23-32%; Р – 122-147; число контактов – 118-191 . 1010 см-2. Средняя сила индивидуальных контактов между частицами в агрегате составляет порядок 10-11-10-10 н.
Таким образом, уплотнение почв обусловлено действием ряда факторов, устойчивость к которым отдельных почв неодинакова. Выяснение теоретических закономерностей этого явления для отдельных почв пока не завершено. Устойчивость почв к уплотнению увеличивается на почвах более легкого гранулометрического с–става; при наличии устойчивого к уплотнению травостоя, уменьшается при временном и постоянном анаэробиозисе почв, при загрязнении почв, на кислых почвах, на менее гумусированных почвах, с меньшей мощностью А1; при меньшем проективном покрытии травостоем, в пониженных элементах рельефа, при развитии эрозии. Нарушение экологической ситуации при уплотнении почв обусловлено более быстрым развитием эрозии, дегумификацией, изменением потоков вещества в грунтовые воды и в приземный слой воздуха, изменением микроклимата территории, уменьшением биологического разнообразия, изменением трофических цепей.
Так как разные почвы и определенные их свойства в неодинаковой степени подвержены переуплотнению, то и предельные нагрузки на конкретные почвы отличаются. Однако, для практических целей учитывают градации, приводимые в следующих таблицах.
Таблица 14
Удельные допустимые нагрузки на грунты (Сладкопевцев С.А., 1996)
Тип грунтов :Допустимые удельные нагрузки, кг/см2 :Степень корро-
:----------------------------------------------------:зийности *)
: талые : мерзлые :
скальные и полускальные более 5 более 10 1
песчаные 1,5-2,5 8-10 1
песчаные на пойме 1,0-2,0 8-10 1-2
песчаные с прослойками глинистых 2-3 6-8 1-2
то же на поймах 1,5-2,5 5-6 2-3
глинистые с прослойками песчаных 1,5-3,0 5-6 1-2
то же на поймах 1,0-2,5 5-6 2-3
глинистые 1,0-6,0 5-6 2-3
лессовидные 1,0-3,0 5-6 2-3
торфяные 0,5-1,0 4-5 1-2
*) определяется сопротивлением грунта, ом/м; 1 – низкая (более 100); 2 – средняя
(100-10); 3 – высокая (менее 10).
Таблица 15
Критерии для выделения экологической напряженности по увеличению
плотности почв
Увеличение плотности почв: Площадь проявления показателей, %
:------------------------------------------------------------------------------
: < 5 : 5-20 : 20-50 : > 50
меньше в 1.1 раза 1 *) 1 1 1
1,1-1,2 2 2 2 2
1,2-1,3 2 3 3 4
1,3-1,4 3 3 4 5
больше в 1,4 раза 3 4 5 5
*) зоны: 1 – относительного благополучия; 2 – экологического риска; 3 – экологического
кризиса; 4 – экологического бедствия; 5 – экологической катастрофы.
Для устранения уплотнения почв можно устранить или уменьшить влияние факторов, вызывающих уплотнение – причину, или частично оптимизировать свойства почв – изменить последствия негативного влияния. Уменьшение влияния на почву загрязнения, осолонцевания, засоления, развития эрозии, оглеения рассмотрено в соответствующих разделах учебника.
Уменьшение уплотнения, в связи с выпасом скота, достигается регулированием выпаса, в соответствии с кормовой емкостью пастбищ. Уменьшение уплотнение почв при орошении достигается уменьшением норм полива, совершенствованием техники полива, мелиорацией поливных вод (уменьшением доли натрия в поливных водах). Уменьшение уплотнения при обработке почв достигается оптимизацией систем обработки и применяемых сельскохозяйственных машин. Уплотнению способствуют более высокие скорости обработки, большая масса применяемой сельскохозяйственной техники.
Обработка почвы решает следующие задачи: 1) заделку семян в почву на необходимую для данного вида и сорта глубину; 2) подготовку благоприятных для растений физических свойств почв; борьбу с сорняками; 4) оптимизацию водного режима; 5) заделку удобрений и мелиорантов на глубину, в которой они могут оптимально использоваться.
Важным моментом для сохранения структуры почв и уменьшения ее плотности является обработка почв в состоянии спелости, т.е. при определенной влажности. В том случае, когда почва обрабатывается при избыточной влажности, образуется глыбистая структура. В том случае. Когда обрабатывается сухая почва, образуется пылеватая структура. Указанные явления приводят к уплотнению почв. Чаще это проявляется на глинистых почвах, так как период спелости на таких почвах очень короткий, а в хозяйствах не хватает техники для своевременной обработки почв.
Развитию уплотнения способствует и неправильное применение минеральных удобрений. Почва диспергируется и уплотняется при высоких дозах K, NH4 (более 5% от емкости поглощения почв), при избыточных дозах СаСО3, навоза, особенно жидкого. Для оптимизации обстановки необходим расчет взаимодействия удобрений и мелиорантов с почвой.
Плотность почв зависит от структуры почв и выращиваемой культуры. Так, типичные черноземы в некосимой степи, где зернистая структура хорошо выражена, обладают плотностью 0,95 в слое 0-10 см; под лесом – 0,93; под озимой пшеницей – 1,0; под другими культурами – 1,03-1,06 г/см3. Система севооборотов является одним их важных рычагов предотвращения уплотнения почв. Для борьбы с плужной подошвой необходимо использовать обработку на различную глубину. (К сожалению, вспаханные горизонты способны самоуплотняться, особенно это относится к почвенной корке и горизонту А2).
Из способов уменьшения плотности почв используют применение мелиорантов, повышенных доз верхового торфа и других разрыхлителей, посев многолетних трав, применение искусственных структурообразователей, повышение урожая с/х культур.
10. Нарушение экосистем при орошении почв
Орошение почв в значительной степени может повышать урожай сельскохозяйственных культур, однако. в ряде случаев, возникающие негативные последствия не только приводят к падению урожайности, но даже к деградации почв и угнетению всех компонентов экосистемы. Для того, чтобы избежать появления негативных последствия орошения, повысить его экономическую эффективность необходимо знать сущность протекающих процессов и ограничения использования оросительных вод, ограничения в возможности орошения почв.
Необходимость и целесообразность орошения почв обусловлена недостатком воды для растений в течение всего года или вегетационного периода, недостатком воды в отдельные декады вегетационного периода, недостатком воды для получения более высоких урожаев, необходимостью добавочного количества воды для промывки почв от солей, оптимизацией плодородия почв.
Орошаемые земли составляют всего 14,3% обще й площади пашни планеты, но на них получают более 40% всей сельскохозяйственной продукции. В то же время, в среднем, КПД оросительных систем во всем мире составляет всего 37%. Ежегодно из-за засоления на планете выпадает из оборота более 300 тыс. га орошаемых земель, а общая площадь засоленных и ставших бесплодными земель достигает 25 млн. га. В бывшем СССР с 1960 по 1980 г.г., в среднем, из каждой тысячи орошаемых гектаров засолялись 184 гектара (Агроэкология, 2000). В настоящее время в России находится в неудовлетворительном состоянии 774 тыс. га орошаемых земель, в том числе из-за недопустимой глубины залегания уровня грунтовых вод – 325 тыс. га; из-за засоления – 292; при действии обоих факторов – 154 тыс. га.