Проблема уплотнения почвы обсуждается довольно давно. В этом вопросе сформировался устойчивый стереотип, что уплотнение происходит только в период хорошо увлажненного или переувлажненного состояния почвы (на юге России это период с середины октября до середины мая) и что летом даже самая тяжелая самоходная техника и автотранспорт никакого уплотнения не создают.

Рассмотрим этот вопрос с разных сторон и попытаемся сделать выводы и определить направления путей решения.

Лимитирующие факторы

Традиционно считается, что самым существенным лимитирующим фактором на юге является недостаток влаги в период вегетации растений.

Но как выглядит баланс влаги для большинства возделываемых культур? При среднегодовой норме осадков 588 мм, например для станицы Кущевской, помесячное распределение выглядит так:

p1

Рис. 1. График выпадения осадков в ст. Кущевской

На первый взгляд, довольно равномерно. Но гораздо важнее другой график – изменения коэффициента увлажнения верхнего слоя
почвы.

А он выглядит уже более драматично.

На нем видно, почему в период с середины июля до середины сентября в верхнем 30-см слое почвы наблюдается засуха, и в последние годы её жесткость усиливается.

p2

Какие проблемы для растений возникают в этот период? Рассмотрим на примере кукурузы. Для формирования урожая 120 ц/га кукуруза заберет с одного гектара 5300 л воды, что теоретически компенсируется осадками в 53 мм.

Почему же мы не получаем на богаре такой урожайности? Потому что для этого нужно, чтобы коэффициент увлажнения с апреля по сентябрь был стабилен, на уровне 1,0.

Что же приводит к фактическому снижению Ку до уровня 0,4 и ниже в августе? Ответ – высокий уровень испарения летом, неравномерное выпадение осадков, их ливневый характер летом и низкая водоудерживающая способность верхнего слоя почвы. Например, в той же станице Кущевской в среднем в июле 7 - 8 дождливых дней, а в августе только 2.

Изменить характер выпадения осадков нам не под силу, а вот поработать над водоудерживающей способностью почвы мы в состоянии. Разберемся с этим вопросом.

Водоудерживающая способность почвы

aug 11

aug 10

(Источник – Водный режим и водные свойства почв, https://ppt-online.org/139716)

От чего же зависит водоудерживающая способность верхнего 30-сантиметрового слоя почвы?

Во-первых, от её оптимальной структуры. Идеальная почва должна иметь 5 - 6% почвенного органического вещества (ПОВ), 45 - 50% минерального вещества (глины, ила и песка) и 45 - 50% пор, заполненных наполовину водой. Оптимальный объемный вес 1,15…1,2 г/см³.

Далеко не все почвы в естественном (нетронутом) состоянии обладают такой структурой. Наиболее близки к ней суглинки с содержанием глины, ила и песка соответственно 45/30/25%. К сожалению, на юге России преобладают черноземы обыкновенные, южные и выщелоченные, которые в среднем содержат очень мало песка – 3 - 5%, 35 - 38% ила и 58 - 62% глины. Такая почва в нетронутой залежи в заказниках содержит до 6% ПОВ, но обладает объемным весом 1,3…1,4 г см³.

p3

Рис. 3. Структура идеальной почвы

Различные культуры предпочитают разный объемный вес почвы. Например, для пшеницы и ячменя указанный выше самый оптимальный, для кукурузы – 1,15, а для сахарной свеклы – 1,0…1,1.

Приходится признать, что это не позволит в наших условиях полностью отказаться от рыхления почвы при возделывании чувствительных к данному фактору культур, даже если мы уберем какое-либо уплотняющее воздействие на почву.

Во-вторых, от доли средних и мелких пор в почвенных агрегатах. Чем их больше, тем больше площадь покрытия гигроскопической и капиллярной водой, которая увеличивает площадь удержания свободной воды, доступной растениям.

p4

Рис. 4. Схема агрегатного строения

В-третьих, от объема мицелия арбускулярной микоризы. (Для кого-то это словосочетание пока ничего не означает, но, поверьте, это очень важная составляющая в вопросе влагоемкости почвы и КПД использования влаги растениями.)

Некоторые факты о роли микоризы. В прошлом году американские ученые из Университета Флориды провели эксперимент на деградированной почве с полным отсутствием естественной микоризы. Они внесли споры микоризы на два участка поля, а на остальные два – нет. Результат их просто ошеломил: растения с микоризой обладали повышенной засухоустойчивостью и продолжали расти, в то время как необработанные сворачивали лист в трубочку и пытались выжить.

На фото видно состояние растений через неделю после начала засухи. Участок слева внизу и справа вверху с арбускулярной микоризой.

p5

Рис. 5. Опытные участки поля.Рис. 5. Опытные участки поля.Слева внизу и справа вверху с микоризой

Вчетвертых, от наличия в ПОВ гломалина. Гломалин - это гликопротеин, который обильно продуцируется на гифах и в спорах арбускулярных микоризообразующих грибов (семья Гломус) в почве и корнях растений. Будучи гликопротеином, гломалин запасает углерод в виде протеинов и углеводов (в особенности глюкозу). Пропитывая органическую среду, гломалин обогащает почву (песок, глину). Гломалин содержит от 30% до 40% углерода и формирует маленькие комки почвы. Эти гранулы разрыхляют почву и связывают в ней углерод, увеличивая содержание кислорода и влаги. Таким образом, гломалин - это самый важный ресурс плодородия почвы (http://микориза.рф/publikacii/o-mikoriznom-simbioze-rastenij/simbioz-dlinnou-v-400-millionov-let-.html).

За поcледние 30 – 40 лет чернoземы Азово-Кубанской низменноcти потеряли в верхнем слое более 30% гумуса от его исхoдного cодержания, что значительно ухудшило их агрофизические, агрoхимические и микробиологичеcкие свойства (источник – «Гумусное состояние чернозема выщелоченного в агроценозах Азово-Кубанской низменности», КубГАУ, 2015 г.).

Отметим, что за предшествующие им 70 лет распаханные поля потеряли еще столько же гумуса.

Хочется спросить: что же мы делаем не так, если целенаправленно разрушаем основное богатство планеты – её плодородный слой, называемый почвой?

За последние 30 лет было много сказано про эту проблему. Предлагались различные «волшебные таблетки», такие как имитация ноу-тилл в виде отказа от обработки почвы, доказывались вредность плуга и полезность глубокорыхлителя и т. п.

Попробуем рассмотреть проблему с другой стороны – от самой почвы, её потребностей, возможностей и нашего неправильного её использования.

Микроагрегат

Самая важная часть почвы – микроагрегат. Это микромодель мини-планеты, на которой есть вода, воздух и микромир.

Современные исследования с помощью электронных микроскопов обнаружили, что жизнь в микроагрегате представлена сотнями и тысячами видов бактерий, вирусов и грибов. Часть этого мира входит с растениями в симбиотические отношения и помогает им извлекать воду и питательные вещества в количестве, превышающем способности собственной корневой системы растения. Часть этого микромира – паразиты, питающиеся растениями, но есть и патогены, уничтожающие растения или наносящие им непоправимый вред. Именно с этой частью мы и боремся, применяя фунгициды (убиватели грибов), но убиваем все грибы и бактерии, без разбора.

В залежной степи с мощным травостоем присутствует сбалансированная экосистема, в которой патогены занимают незначительную часть, и с ними борются дружественные растениям бактерии и грибы.

Когда человек вмешался в эту экосистему ради получения урожая одного вида растений, он начал бороться со всем, что, по его мнению, конкурирует с культурным растением. Все эндемические растения назвали сорняками, все грибы - паразитами, а все бактерии – патогенами. Вначале боролись с конкурентами механическими средствами, а с появлением в США и Западной Европе химической промышленности началось «победное шествие» химических монстров по планете.

Катастрофическая ситуация с потерей ПОВ в почвах Западной Европы и Северной Америки заставила в конце прошлого века обратить на почву внимание и начать поиски решений накопившихся проблем.

Открытия, сделанные в области почвоведения, привели к отказу от второй (Докучаевской) парадигмы и переходу к Экологической парадигме. К сожалению, большинство специалистов сельского хозяйства России об этом ничего не знает.

«Высшим достижением» в работе по разрушению почвы является система полного удаления растительного покрова с поверхности почвы и её интенсивного «закаливания» с нагревом днем до 50 - 60 и охлаждением ночью до 15 - 20 градусов. Речь идет о черном паре.

Разрушив микромир почвы, мы выпустили джинна из бутылки. Микромир почвы ежегодно проходит цикл от полного прекращения активности зимой к бурному развитию весной, затем «засыпанию» во второй половине лета при наступлении засухи, возобновлению активности осенью и снова к «зимней спячке». Во время пробуждения бактерии и грибы активно размножаются, и в нарушенном балансе ареал более активно заселяют патогенные виды. В результате фитосанитарная обстановка на наших полях ухудшается год от года. Плюс при применении фунгицидов эти патогены начинают бороться за выживание, мутируют и приобретают устойчивость к самым современным препаратам.

Мы загоняем себя в бесконечную гонку вооружений с природой без шансов на победу.

Осознание целесообразности восстановления баланса полезных грибов и бактерий в почве привело к многочисленным экспериментам по экологизации земледелия и спросу на биологические средства защиты растений и восстановления здоровья почвы.

Какие изменения должны произойти в системе земледелия, чтобы начать восстановление почвы и её плодородия?

  1. Отказаться от излишнего рыхления.
  2. Снизить давление сельхозмашин на почву с возможным полным его исключением.
  3. Сертифицировать пестициды не только по эффективности действия на патогенные бактерии и полезных насекомых (пчел), но и по воздействию на ПОВ и микроорганизмы почвы, симбиотические грибы и т. д.
  4. Инвестировать в исследования по созданию биопестицидов и их пропаганду.

Из указанных условий первые два находятся во власти собственников агропредприятий, вторые два – задача государства и инвестфондов.

Отказаться от излишнего рыхления

Принятие этого постулата означает, что рыхление допустимо только для снижения объемного веса почвы в зоне роста корней чувствительных к этому фактору растений. Только в этом случае можно создать условия для нормальной жизни микромира почвы. Любое рыхление с целью уничтожения сорняков или запахивания навоза разрушает почву.

Технологии, которые соответствуют этому параметру, - стрип-тилл, биострип-тилл, CTF, CTF с покровными культурами. В конце прошлого века в Северной Америке активно продвигалась технология нулевой обработки почвы – ноу-тилл.

В некоторых штатах, например Северной Дакоте, эта технология в девяностые заняла более половины всех полей. Но оказалось, что не все так чудесно.

Отказ от обработки почвы привел к появлению других проблем. Невозможность рыхления почвы при сохранившемся движении самоходных машин привела к накоплению невозвратного переуплотнения в виде «пирога» на глубине 20 - 30 см, которое стало снижать урожайность. Борьба с сорняками с применением глифосатсодержащих гербицидов привела к появлению устойчивых к глифосату сорняков. Сейчас их уже более 30 видов, в том числе амброзия полыннолистная, местные виды щирицы, кохия и т. д.

Невозможность разуплотнять почву привела к тому, что она стала возвращаться к своему естественному объемному весу, и там, где почва всегда имела объемный вес более 1,3 г/см³, она стала проблемной для таких культур, как соя и кукуруза, а в северных штатах это основные товарные культуры.

Стрип-тилл оказался «доктором Айболитом» для технологии ноу-тилл, т. к. с появлением навигации РТК, с точностью движения 2 см и возможностью сохранять треки в последующие годы, что невозможно при использовании только спутников, появилась возможность выполнять щелевое рыхление по рядам посева культуры. Кстати, в Северной Дакоте в 2015 г. ноу-тилл применялся на 23%, а стрип-тилл - на 24% пашни.

Дальнейшее развитие технологии привело к возможности использования покровных культур в междурядьях кукурузы. Сейчас это самая актуальная технология в большинстве штатов. Подбираются и выводятся растения, способные расти в междурядьях и выдерживать климатические условия региона.

p6

Рис. 6. Кукуруза по технологии биострип-тилл

Например, проявляется большой научно-практический интерес к клеверу сходному, который там называется Kura (Caucasian). Ведется селекционная работа, и быстро растет спрос на семена.

Есть примеры возделывания кукурузы с покровом Kura и получения урожайности 100 - 130 ц/га почти без внесения азотных удобрений (рис. 6).

Снизить давление сельхозмашин на почву с возможным полным его исключением

Очень сложная задача в условиях современной России.

Во-первых, имеет место психологический барьер, т. к. большинство специалистов уверены, что проблема уплотнения почвы не такая острая, что она возникает только рано весной и что летом почва вообще не уплотняется даже от самого перегруженного «КАМаза».

Во-вторых, это требует полного отказа от движения по полю всей техники, не оборудованной шинами низкого давления или гусеничным ходом, а это требует немалых инвестиций.

В-третьих, необходимо внедрять широкозахватную технику с тракторами, не создающими уплотнения.

Ученые из Пражского университета естество-знания под руководством профессора М. Крулика в 2009 г. провели исследования уплотнения почвы. В хозяйстве, возделывающем сахарную свеклу и применяющем классическую технологию, записали треки движения всей техники по полю в течение года. Затем к трекам дорисовали колеи, оставленные колесами. Получилась картина, показанная на рисунке 7.

p7

Рис. 7. Следы, оставленные техникойв классической технологии

Хорошо видно, что практически все поле подвергается уплотняющему воздействию самоходной техники, которая создает давление от 0,8 до 5 атмосфер.

Напомним, что при уплотнении сжимаются поры почвы, что уменьшает арифметическую возможность удержания влаги, плюс происходят разрушение гумуса, гиф грибов и деформация микроагрегатов с повреждением условий жизни микромира почвы.

Снижение уплотнения почвы – первый и обязательный шаг на пути ее оздоровления!

Даже если хозяйство не готово к переходу на новые технологии, следует начать процесс экологизации с приобретения шин сверхнизкого давления или хотя бы шин повышенной флотации (SFT). Еще более эффективным будет замена колесных движителей на гусеничные.

p8

8. Сравнение колеи,оставленной разными движителями

При прямом сравнении колесного трактора на сдвоенных колесах с давлением 1 атм и более мощного и тяжелого четырехгусеничного трактора не заметить преимущество невозможно: меньше не только степень сжатия почвы, но и ширина зоны уплотнения.

Дальнейшим способом снижения уплотнения почвы является применение технологий с меньшей интенсивностью рыхления почвы, что позволит применять более широкозахватные или комбинированные машины, что уменьшит уплотнение в пересчете на площадь поля.

Следующим шагом следует изменить схему уборки урожая, чтобы исключить движение грузовиков, а далее и тракторов с транспортными прицепами по полю.

Для этого есть несколько вариантов.

Например, организация уборки с разбивкой поля на загонки с длиной «на полбункера», чтобы комбайн, сделав ход вперед-назад, выходил с бункером, наполненным на 90 - 100%, и выгрузкой в начале загонки в бункер-перегрузчик. Перегрузчик выезжает на край поля и загружает зерновозы. Эта схема позволяет постепенно перейти на логистику с седельными тягачами грузоподъемностью до 50 тонн, что снизит потребность в грузовиках, водителях и ускорит перевозку.

p9

Рис. 9. Выгрузка зерна на краю поля в зерновозы

При постепенной замене комбайнов следует приобретать машины на гусеничном ходу. Сейчас такие комбайны становятся все более популярными и в Северной Америке, и в Европе. Что интересно, в Европе основным мотивом является проблема уборки во влажных условиях, а в Северной Америке – для технологий ноу-тилл и стрип-тилл. Сейчас ведущие американские производители отгружают на внутренний рынок уже каждый третий-четвертый комбайн на гусеничном ходу.

В технологическом плане более экологичной и эффективной является технология CTF (controlled traffic farming) - система с постоянной колеей движения, которая позволяет сконцентрировать уплотнение только в постоянной колее и не подвергать уплотнению остальную часть поля. Эта система позволяет постепенно восстановить оптимальную структуру почвы. В условиях, когда почва обладает естественным объемным весом, неблагоприятным для возделываемых культур, можно организовать щелевание с внутрипочвенным внесением основного удобрения, с последующим посевом по этим строкам. Это позволяет не только значительно снизить затраты на обработку почвы, но и оставлять нетронутым междурядье для свободного развития микоризы, симбиотических бактерий и накопления влаги и органического вещества.

p10

Рис. 10. Координатное щелеваниес оставлением междурядья нетронутым

Еще более продвинутой видится добавление к этой технологии применения постоянного покрова из эндемических или хорошо адаптированных растений в междурядье, что позволит иметь постоянное растение-хозяин для арбускулярной микоризы и постепенно избавиться от сорняков за счет конкуренции постоянного покрова.

Скептики могут сказать, что это все хорошо в зерновом севообороте, а в кормовом это невозможно сделать.
Но и на это возражение есть ответ и от компаний-производителей, и от прикладных исследовательских центров. И заготовка сена, и заготовка сенажа и силоса уже выполняются по технологии CTF без движения транспорта по полю! Сено и сенаж косятся косилками-бабочками с шириной 9 или 12 м. Перед подборщиком масса сгребается в колею роторным или ленточным валкообразователем.

p11

Рис. 11. Злаковая покровная культура в междурядье кукурузы

Комбайн агрегатируется с прицепом через седельное устройство или через шарнир с задней тележкой с контейнером, который имеет или подъемное устройство для перегрузки, или систему быстросъемных кузовов (как на контейнерных мусоровозах). В результате получается высокопроизводительный комплекс и полностью исключается движение вне постоянной колеи. Это позволяет значительно увеличить продуктивность кормового поля за счет сохранности растений и увеличения периода продуктивного использования поля.

Мировое сельское хозяйство начало движение в сторону экологизации земледелия. В нашей стране этого не только не происходит - данная тема не обсуждается на серьезном уровне. Мы, видимо, ждем, когда деградация почвы достигнет катастрофических размеров, станем производить менее 100 млн. тонн зерна в год и вспоминать о рекордном 2017-м как о сказочном чуде. А это наступит быстрее, чем многие думают.

p12

Рис. 12. Уборка сенажа по технологии CTF 12 м. Комбайн загружает полуприцеп на своей задней полураме

Пора начинать, чтобы не было поздно.

Д. БЕЛЫЙ