19). Изменение гумусного состояния почв при их обработке. Деградация почв и ландшафтов под влиянием обработки.

Органическое вещество и  его превращение в почве играет важную и разностороннюю роль в ее генезисе и формировании основных свойств и признаков, с которыми связаны развитие плодородия и фитосанитарные функции почвы. Органические вещества принимают участие в питании растений, создание благоприятных водно-физических свойств почвы миграции различных элементов в почвах и биосфере. Все важнейшие почвенные процессы протекают при прямом или косвенном участии органического вещества. Все это объясняет тот глубокий интерес, который постоянно проявляют к органическому веществу почв. Связь органического вещества с плодородием почв была отмечена в эпоху древних цивилизаций (Египет, Древняя Греция и др.). Научное изучение органического  вещества почв началось в первой половине XIX. (Шпренгель в Германии, Берцелиус в Швеции, Герман в России, Мульдер в Голландии.)

Влияние механической обработки почв на режим органического вещества и баланс гумуса в почве   Механическая обработка  почвы - один из наиболее существенных факторов, обуславливающих разложение органического вещества почвы. Рыхление почвы способствует активизации почвенной микрофлоры и разложению органического вещества с образованием доступных форм азота и последующим вымыванием в условиях промывного режима почвы или восстановления свободного азота. Наиболее заметное снижение содержания органического вещества происходит при распашке целинных почв в первые годы. При уменьшении интенсивности обработки почвы (снижение глубины обработки, сокращение количества технологических приемов) темпы разложения органического вещества замедляются.[7] Механическая обработка  усиливает минерализацию органического  вещества, в том числе гумуса. Поэтому сокращение частоты и уменьшение обработок снижают его потери. Несоблюдение противоэрозионных проемов обработки особенно отрицательно сказывается на режиме органического вещества почвы.[6] Оструктуривание или «обесструктуривание» воздействие агротехники на почву  в значительной мере зависит от уровня интенсификации производства, использование удобрений, пестицидов, технических средств, освоение новейших достижений научно-технического прогресса. При существующий условиях традиционная многократная механическая обработка  пропашных культур в значительной мере может быть сокращена, а для некоторых из них сведена к нулю. От структуры почвы  зависят и другие физические её свойства, особенно доля крупных пор, водно- и  воздухопроницаемость, плотность сложения. Влияние возделываемых растений на эти свойства проявляется, помимо структуры, через применяемую обработку почвы и в меньшей степени через корневые системы. Тем не менее, по данным Ф.И. Левина, плотность сложения пахотного слоя дерново-подзолистой почвы под растениями (озимая рожь, овес, картофель, многолетние травы) заметно меньше, чем без растений, особенно под многолетними травами второго года пользования. Разница общей пористости достигает 2%.[4]    Результаты сравнительного  изучения плоскорезной и безотвальной  систем обработки почвы на плодородие южного чернозема, проведенные В.И. Кирюшиным и И.Н. Лебедевой на опытном стационаре ВНИИЗХ, показали, что разница  в содержании гумуса в пахотном слое между этими вариантами через 11 лет оказалась весьма существенной. Через 16 лет она еще более увеличилась в пользу плоскорезной обработки.    Снижение темпов  минерализации органического вещества  при безотвальной и минимальной обработках сокращает накопление минерального азота. В результате уменьшаются потери нитратов за счет нисходящей миграции.          В условиях интенсивного потребления азота, особенно в агроценозах северной лесостепи и подтайги, минимализация обработки почвы создает дефицит минерального азота, в результате чего снижается урожайность зерновых по непаровым предшественникам. Этому способствует также увеличение засоренности посевов.    При применении  интенсивных технологий возделывания зерновых культур урожайность их на вариантах без основной обработки и отвальной вспашки оказывается одинаково высокой.    На уплотняющихся  почвах, особенно солонцовых, глубокая  обработка необходима, хотя потенциал  минимализации может быть расширен  за счет мелиорации. Доказана, например, высокая эффективность применения плоскорезной обработки по фону плантажной вспашки как в отношении повышения урожайности зерновых культур. Так и сокращения потерь гумуса в солонцах.    Все большее распространение  безотвальные и минимальные системы  обработки получают на серых лесных и дерново-подзолистых почвах, где также отмечено их положительное влияние на режим органического вещества. Изотопно-индикаторные исследования трансформации биомассы растений в дерново-подзолистых супесчаных почвах показали, что минимальная обработка почвы (на глубину 10см) и безотвальное рыхление (30см) по сравнению с отвальной вспашкой увеличивали коэффициенты гумификации растительных остатков на 15,7 и 24,5%.   Систематическое применение безотвальной и мелкой  обработки почвы приводит к резкой дифференциации пахотного слоя по плодородию, которое возрастает в верхней его части и снижается к нижней. Тем самым определяется целесообразность во многих случаях применения периодической отвальной вспашки, особенно при заделке органических удобрений. Поэтому совершенствование обработки почвы в настоящее время развивается в направлении создания комбинированных систем разноглубинной обработке рыхлителями, плоскорезами, чизелями, параплау в сочетании с отвальной вспашкой.[1]

Физическая деградация почвы

Характеризуется нарушением строения почвенного профиля, которое определяется по уменьшению мощности гумусового горизонта. Оно отражает воздействие водной и ветровой эрозии, механическое нарушение почвенного покрова (Снакин и др., 2002).

Другим видом нарушения почвенного профиля являются посторонние наносы, ухудшающие продукционную функцию почвы. При этом степень деградации почвы зависит от мощности абиотического наноса.

Использование сельскохозяйственной техники является следствием ухудшение структуры и увеличения плотности почвы, слитизации, коркообразования и ряда других негативных процессов.

Насыщение почвенного профиля влагой способствует проявлению признаков гидроморфизма и приводит к формированию гидроморфных почв. Среди причин, вызывающих процесс вторичного заболачивания, основной является повышение уровня грунтовых вод. Поскольку заболачивание приводит не только к изменению водно-физических свойств, но и к изменению физико-химических параметров, в качестве индикатора заболачивания В.В. Снакин и соавторы предлагают использовать снижение, по сравнению с нормой, величины окислительно-восстановительного потенциала почвы на глубине 15-20 см (Снакин и др., 2002). Говоря о таких глубинах, авторы скорее всего имели в виду мощность почвенного профиля, используемого в сельском хозяйстве.

Орудия обработки воздействуют на почву чисто механически и поэтому изменяют преимущественно ее физические свойства: плотность; размеры и форму почвенных агрегатов; общий объем, размеры и соотношение различных пустот, пор и капилляров; размеры органических остатков; взаиморасположение и степень соприкосновения почвенных фаз и их компонентов.

Специфическое воздействие оказывает обработка на живую фазу почвы. Живые организмы при физическом воздействии на них часто погибают. При изменении сложения обрабатываемого слоя и перемещении в его пределах живых организмов значительно изменяются условия их существования, которые также могут привести к их гибели. Для некоторых групп организмов условия жизни улучшаются, это культурные растения, некоторые группы микроорганизмов, отдельные представители мезо - и макрофауны.

Значительное воздействие оказывает обработка на газовую фазу почвы. В результате рыхления, крошения, оборачивания усиливается доступ атмосферного воздуха в почву, особенно в глубокие слои, что может существенно изменять состав почвенного воздуха и окислительно-восстановительные условия. Обработка оказывает влияние на распределение и состав воздуха не только в различных слоях почвы, но и на поверхности и внутри почвенных агрегатов, изменяя их размеры, плотность и форму.

Очень незначительное влияние при однократном воздействии оказывает обработка на гранулометрический и химический состав почв, на содержание и состав органического вещества, разрушая частицы (реже вызывая их соединение), но при многократном физическом воздействии на некоторые почвы такое влияние может быть существенным.

При механическом воздействии на почву, особенно при ее перемешивании и оборачивании, существенно изменяется морфологическое строение почвы. Крошение и перемешивание, проводимые интенсивно (например, при фрезеровании) или многократно повторенные, приводят к гомогенизации почвенного материала, к созданию морфологически однородной почвенной массы.

Во многих случаях обработка приводит к дифференциации почвы по морфологическим признакам, чаще по плотности почвы. Например, при прикатывании верхний слой становится более плотным, при рыхлении — менее плотным. При обработке междурядий, при обработке почвы чизельными плугами, почвоуглубителями, глубокорыхлителями и т. п. почва становится неоднородной по этому показателю в горизонтальном направлении.

Вспашка часто приводит к морфологической неоднородности почвы прежде однородного пахотного горизонта. Например, припахивание подзолистого или иллювиального горизонта на подзолистых почвах, карбонатного на каштановых почвах приводит к ярко выраженной неоднородности по цвету, которая отражает неоднородность почвы по свойствам, определяющим условия жизни растений. Запахивание органических удобрений, остатков растений, химических мелиорантов также приводит к морфологически выраженной неоднородности пахотного горизонта. Особенно большой пестротой отличается пахотный горизонт осваиваемых почв, если при вспашке перемешиваются разнокачественные почвенные слои и горизонты, например при освоении подзолистых почв пахотный горизонт может состоять из черных пятен оторфованной подстилки, белесых — подзолистого горизонта, серых — гумусового, красновато-бурых — иллювиального или переходного горизонтов.

Изменение состояния почв в результате обработки существенно сказывается на режимах и процессах в обрабатываемом слое и в меньшей степени на остальной почвенной массе. Это приводит к изменению свойств почвы и ее плодородия. Обычно обработка в наибольшей степени изменяет водно-воздушный режим почв, причем такое действие может быть как положительным, так и отрицательным, несмотря на то что в задачи обработки входит изменение этого режима только в благоприятную сторону. Но, как известно, задачи обработки часто вступают в противоречие друг с другом, поэтому неблагоприятные последствия обработки необходимо компенсировать другими агроприемами.

Влияние обработки на свойства почвы часто происходит через почвенную биоту. На обрабатываемых почвах активность микроорганизмов, как правило, в несколько раз выше, чем на аналогичных целинных почвах, соответственно здесь выше скорость трансформации веществ и их биологического круговорота. На обрабатываемых почвах малый биологический круговорот уже трудно назвать кругооборотом, так как много веществ, особенно органических, из него исключается. Если не компенсировать эти потери с учетом своеобразия процессов в обрабатываемых почвах, происходит падение их плодородия.

Наиболее показателен в этом отношении пример с использованием черноземов в сельскохозяйственном производстве. При интенсивной распашке их на протяжении текущего столетия потери гумуса в этих почвах составили в зависимости от природных условий и применяемой системы хозяйствования от 20 до 50% и более. Интенсивная обработка и снижение содержания гумуса привели к снижению степени агрегированности почвы, уменьшению содержания наиболее ценной водопрочной зернистой фракции почвенной структуры. Такие изменения сопровождаются увеличением плотности почвы, ухудшением ее водопроницаемости и водоемкости, что заставляет интенсифицировать ее обработку, и, таким образом, образуется порочный замкнутый круг.

Процессы деградации почв, вызванные их распашкой, сходные с теми, что идут на черноземах, имеют место и на других почвах и не только в нашей стране. В почве прерий Северной Америки потери гумуса аналогичны его потерям на черноземах.

Второй мощный фактор деградации почв, вызванный их распашкой — эрозия почв. Водная эрозия и дефляция в той или иной степени затрагивают практически все почвы. Проявление этих процессов в своих крайних выражениях приводит к катастрофическим для почвы последствиям — она может целиком потерять свой плодородный гумусированный слой. Для предотвращения эрозии почв в районах ее интенсивного проявления приходится затрачивать много средств и усилий.

Изменения водно-воздушного и других режимов почв в результате обработки могут вызвать положительные изменения свойств почвы и повышение ее плодородия. Почвы, которые испытывают избыточное увлажнение, часто положительно реагируют на усиление их аэрированности. В. В. Докучаев еще в 1899 г. писал, что подзолистые почвы, безусловно, требуют для сельскохозяйственной культуры усиленного проветривания, что до сих пор не всегда учитывается при разработке систем обработки почв. И. Б. Макаровым (1981) было показано, что дифференциация пахотного горизонта дерново-подзолистых почв, которая приводит к ухудшению с глубиной свойств этого слоя, происходит постоянно и прерывается только механической обработкой почвы. Если почву оставить без обработки длительное время (десятки лет), то дифференциация в конечном счете приведет к приобретению бывшим пахотным горизонтом строения и свойств, сходных с таковыми в аналогичных целинных почвах. Нижняя часть этого слоя приобретает свойства подзолистого горизонта, большую роль в таких изменениях играет элювиально-глеевый процесс. При углублении пахотного горизонта путем глубокого рыхления почвы плугом Мальцева существенно сокращаются периоды переувлажнения нижней части пахотного горизонта, в нем изменяются окислительно-восстановительные условия, что значительно снижает интенсивность элювиально-глеевого процесса. В результате углубления пахотного горизонта увеличивается содержание гумуса, улучшается его качественный состав, уменьшается кислотность, повышается плодородие почвы.

При избыточном увлажнении и создании восстановительных условий в любых почвах затрудняется трансформация органических остатков, в образующемся гумусовом веществе преобладают агрономически наименее ценные фракции, интенсивно идут процессы денитрификации, образуются токсичные для растений соединения. Усиление аэрации почвы с помощью ее обработки позволяет уменьшить или полностью остановить развитие этих отрицательных явлений.

Рациональная обработка почвы может нейтрализовать отрицательные эффекты применения других агроприемов. В других случаях, наоборот, некоторые агроприемы могут компенсировать неблагоприятные последствия обработки. Часто максимальный положительный эффект можно получить, только сочетая определенные агроприемы с наиболее рациональной в данном случае обработкой почвы.

На каштановых почвах сочетание полива и оптимальной обработки приводит к увеличению содержания гумуса, улучшению агрегатного состава почв; в данном случае устанавливаются более благоприятные условия для образования гумусового вещества, что исследователи связывают преимущественно с изменением гидротермического режима почвы. С другой стороны, есть наблюдения, которые констатируют ухудшение свойств каштановых почв при поливе. Причины этого явления могут заключаться в следующем:

А) орошение не сопровождалось соответствующим изменением агротехники, б) недостаточно было изменить только систему обработки, чтобы воздействовать на почвенные процессы в положительную сторону, в) сам режим орошения мог быть далек от оптимального.

Возделывание пропашных культур, сопровождающееся интенсивной обработкой почв и их повышенной аэрируемостью, приводит к потере гумуса в почвах разного типа. Однако в сочетании с повышенными дозами вносимого навоза более интенсивная обработка на дерново-подзолистых почвах способствует более быстрому накоплению гумуса.

На засоленных почвах и солонцах поддержание пахотного горизонта в рыхлом состоянии и глубокое рыхление этих почв способствуют вымыванию солей из пахотного горизонта в более глубокие слои почвы как при орошении, так и при естественном увлажнении.

По данным В. В. Медведева (1982), агрегирующая способность механических элементов длительно распахиваемого чернозема велика, следовательно, потенциальная способность этой почвы к образованию микро - и макроструктуры сохраняется на достаточно высоком уровне. Минимализация обработки имеет большое значение как средство уменьшения отрицательного влияния длительной распашки на агрофизические свойства черноземов. Сочетание рациональной обработки почвы с внесением органических удобрений и другими агромероприятиями способствует восстановлению плодородия черноземов, что часто можно наблюдать на сортоучастках.

Отсюда видно, что влияние обработки на свойства почвы может быть самым различным в зависимости от ее интенсивности, почвенно-климатических условий, режимов увлажнения, возделываемой растительности, количества и качества удобрений. Однако в связи с ограниченностью имеющихся в настоящее время сведений о влиянии обработки на свойства почвы давать какие-либо прогнозы об этом влиянии в каждом конкретном случае затруднительно или даже невозможно. Необходимо расширять исследования в этом направлении и на их основе разрабатывать теорию обработки почвы, которая сейчас находится в неудовлетворительном состоянии.

Система наблюдений должна включать многие показатели физического, химического и биологического состояния почв. Если возможности наблюдателей ограничены, то необходимо прежде всего оценивать наиболее важные для исследуемых почв показатели, существенно влияющие на их плодородие. Например, на почвах засоленных или имеющих опасность засоления необходимо прежде всего следить за солевым режимом, на кислых почвах — за кислотностью и содержанием гумуса, на черноземах и луговых почвах, на орошаемых землях — за их структурным состоянием и т. д. При проведении широких исследований необходимо обязательно наблюдать за гумусным состоянием почв, так как, во-первых, оно является одним из основных факторов, определяющих плодородие почв, во-вторых, многие показатели гумусного состояния сравнительно быстро изменяются при изменении условий почвообразования и являются хорошими индикаторами этих изменений.