Обработка почвы — это механическое воздействие на нее рабочих органов машин и орудий. При этом осуществляются различные технологические операции.
Рыхление — изменение взаимного расположения почвенных отдельностей с образованием более крупных пор и уменьшением плотности почвы.
Крошение — уменьшение размеров и изменение соотношения элементов структуры обрабатываемого слоя (комков, глыб, зерен и т. д.).
Перемешивание — изменение взаимного расположения почвенных отдельностей, обеспечивающее более однородное состояние обрабатываемого слоя.
Оборачивание — взаимное вертикальное перемещение слоев или горизонтов почвы с одновременным поворотом на угол не менее 135°.
Уплотнение — изменение расположения почвенных отдельностей с уменьшением порового пространства и объема почвы.
Выравнивание почвы — уменьшение размеров неровностей поверхности.
Создание микро-, нано - и мезорельефа — образование на поверхности микро-, нано - и мезоповышений и понижений различной формы и размеров (борозд, лунок, щелей, гряд, блюдец, микролиманов, гофрированной поверхности и т. д.).
Есть технологические операции, основная цель которых — воздействие на растения. Это — подрезание сорняков, вычесывание остатков растений, удаление клубней, лущение стерни, заделка дернины и др. При этом одновременно обрабатывается и почва. Есть технологические операции, цель которых при обработке почвы оставлять на поверхности растительные остатки (стерню, дернину и т. д.).
Таблица 24
Рыхление необходимо проводить прежде всего потому, что для разных растений существует различная оптимальная плотность почвы, и она чаще всего ниже равновесной плотности большинства почв (табл. 24). Равновесной плотностью почвы называется плотность ее естественного сложения, в определенных условиях увлажнения, когда она длительное время не подвергается механическому воздействию человека и животных (исключая мезо - и микрофауну). Равновесную плотность обрабатываемой почвы можно оценить только приблизительно, так как она редко не подвергается воздействию земледельческой техники. Чаще под воздействием почвообрабатывающих орудий почва приобретает плотность меньше равновесной, затем под воздействием естественных факторов— атмосферных осадков, ветра, температуры, живых организмов, почвенных процессов (на фоне действия силы тяжести) — почва уплотняется и достигает такого состояния, когда плотность изменяется уже незначительно. Такую плотность и можно считать равновесной для пахотных почв. Близкой к равновесной плотность почвы бывает после весеннего снеготаяния в северных и центральных районах страны под многолетними травами в конце вегетации. Иногда почва имеет плотность выше равновесной, чаще под действием на нее ходовых частей машин, в таком случае плотность под воздействием естественных факторов уменьшается и также приближается к равновесной. Когда это необходимо, достижение почвой равновесной плотности можно ускорить действием почвообрабатывающей техники.
В разных почвенно-климатических условиях оптимальная плотность для одних и тех же культур может различаться. Различна она для отдельных видов культур. Зависит этот показатель от условий увлажнения: в засушливые годы она выше, во влажные — ниже. Необходимо учитывать эту зависимость при орошении полей.
С помощью рыхления и орошения почвы добиваются оптимизации физических условий проявления почвенного плодородия. Близкими к оптимальным физические условия считаются, когда объем твердой фазы почвы составляет 50%, а жидкой и газовой — по 25%. Естественно, что в разных почвенно-климатических зонах эти цифры могут различаться. Зависят они и от вида возделываемой культуры, содержания органического вещества, оструктуренности почвы, погодных условий и т. д.
Проведение технологических операций позволяет создать в почве оптимальное соотношение капиллярных и некапиллярных пор, в результате чего создается благоприятный для развития растений водно-воздушный режим. Иногда рыхлость почвы бывает чрезмерной, при оседании такой почвы во время вегетации растений происходит разрыв корней растений, могут оголиться узлы кущения у озимых культур, в таком случае проводят уплотнение почвы.
Оптимальные физические условия обычно складываются в хорошо оструктуренных почвах. Наиболее ценными с агрономической точки зрения являются агрегаты размером от 0,5 до 5 мм (по мнению некоторых ученых, от 0,25 до 10 мм). В зависимости от климата, свойств почвы, водно-воздушного режима этот интервал может изменяться. Пахотный горизонт, состоящий из таких агрегатов, обладает наиболее оптимальной структурой порового пространства. Цель обработки почвы — добиться наибольшего выхода агрономически ценных фракций почвенной структуры, что происходит, когда почва обрабатывается в период ее физической спелости. Образуются такие агрегаты в основном в результате крошения слипшейся почвенной массы, комков и глыб. Однако макроструктурные отдельности возникают при обработке и в результате взаимодействия элементарных почвенных частиц и микроагрегатов. В оптимальном интервале влажности свободная энергия поверхности раздела вода — воздух при перемешивании и рыхлении почвы стремится придать водной пленке вместе с почвенными частицами форму с наименьшей поверхностью, шарообразную, поэтому почва распадается на агрегаты более или менее округлой зернистой формы.
Регулирование водно-воздушного режима корнеобитаемого слоя почвы проводится не только путем механического воздействия на весь пахотный горизонт, но и на отдельные его части, на подпахотные слои. При посеве семян сельскохозяйственных культур стремятся создать для них относительно твердое ложе и рыхлое почвенное покрывало. При таких условиях для семян становится доступной влага, накопленная в нижележащих слоях и подтягиваемая к ним по капиллярам, а верхний рыхлый слой почвы обеспечивает хороший доступ воздуха и тепла, не создает препятствий для развития вегетативных органов. Одной из важных технологических операций в весеннее время является рыхление самого верхнего (несколько сантиметров) слоя почвы для сохранения влаги, накопленной в результате весеннего снеготаяния. В результате такой операции пахотный горизонт прикрывается рыхлым мульчирующим слоем почвы, который препятствует испарению влаги из нижележащих слоев по капиллярам. Там, где пахотный слой имеет излишнюю рыхлость, крупные поры, под воздействием ветра и солнца происходит усиленная потеря влаги (чаще в южных районах). В таких случаях, наоборот, верхний слой почвы уплотняют и, таким образом, предотвращают усиленное проветривание пахотного горизонта. В районах избыточного увлажнения для отвода влаги из корнеобитаемого слоя часто эффективным оказывается рыхление слоев почвы, лежащих под пахотным горизонтом.
Крошение также позволяет регулировать водно-воздушный режим, но уже не только на уровне почвенных горизонтов и слоев, а и на уровне почвенных структурных отдельностей. Окислительно-восстановительные и другие процессы, связанные с этим режимом, от которых в значительной мере зависит жизнь растений, по-разному идут внутри, на поверхности и между структурными отдельностями. Изменяя путем обработки размеры, форму и упаковку почвенных агрегатов, можно существенно изменить водновоздушный режим почвы на уровне микро - и мезопространств внутри пахотного и других горизонтов.
Оборачивание обрабатываемого слоя преследует многие цели. Одна из самых важных — заделать в глубь почвы остающиеся после уборки на поверхности остатки растений, чтобы обеспечить оптимальные условия трансформации их органического вещества и освободить от них поверхность почвы для выращивания последующей культуры. Некоторые многолетние культурные растения (например, клевер) можно лишить жизнедеятельности, только заделав их вегетативные органы в глубь почвы, т. е. обернув пласт.
Борьба с сорняками путем механической обработки наиболее эффективна при заделке их органов размножения на максимально возможную глубину. Патогенные микроорганизмы и вредители культурных растений обитают преимущественно в поверхностном слое почвы, но большинство их погибает при отвальной (с оборотом пласта) обработке почвы. Заделать в почву органические удобрения можно в основном только с помощью приемов, обеспечивающих оборот пласта.
При длительном применении только поверхностной обработки может возникнуть самоотравление почвы, особенно при применении пестицидов и удобрений. В верхнем слое почвы вследствие перегнивания растительных остатков на поверхности возрастает микробиологическая активность, в том числе активно развиваются и патогенные микроорганизмы, накапливаются токсические продукты разложения органических остатков, происходит избыточное накопление минеральных питательных веществ. Часто наблюдается ухудшение агрегатного состояния почвы. В таких случаях необходима обработка почвы с оборотом пласта и перемешиванием почвенной массы.
В некоторых случаях необходимость отвальной обработки почвы вызывается дифференциацией пахотного горизонта по плодородию, наблюдаемой практически на всех почвах. Дифференциация вызывается естественными факторами почвообразования и в большинстве случаев приводит к такому состоянию пахотного горизонта, при котором его плодородие падает с глубиной. В ухудшении свойств нижней части пахотного горизонта подзолистых почв большую роль играет элювиально-глеевый процесс, который на некоторых почвенных разностях в течение нескольких лет приводит к существенной деградации этого слоя почвы. Предотвратить это отрицательное явление можно, применяя отвальную обработку. Скорость дифференциации значительно различается в зависимости от многих условий почвообразования, поэтому периодичность оборота пласта необходимо определять конкретно для данных условий.
Перемешивание почвы проводится с различными целями. В одних случаях необходимо создать однородный слой почвы, в других — перемешать с почвой какие-либо вещества, чтобы уменьшить их концентрацию, в третьих — равномерно распределить в толще обрабатываемого слоя какие-либо вещества для лучшего взаимодействия их с почвенной массой или (и) улучшения условий их трансформации.
Существуют противоречивые мнения относительно того, какое состояние пахотного горизонта — однородное или неоднородное — более благоприятно для развития растений. Предлагается, например, создавать такую неоднородность этого слоя, когда растения, развиваясь и увеличивая свою корневую систему, достигают в определенную фазу развития определенной глубины, и именно на этой глубине содержатся в большем количестве вещества, наиболее необходимые растениям именно в эту фазу развития. Имеются сведения об эффективности внесения минеральных и органических удобрений в определенные слои пахотного горизонта, в рядки, гнезда и т. д. С другой стороны, по некоторым наблюдениям, наибольшим плодородием обладает хорошо перемешанный пахотный горизонт. После обработки почвы фрезой, которая обеспечивает наилучшее перемешивание, урожаи повышаются по сравнению с обработкой этого же слоя почвы другими орудиями.
Вероятно, в каждом конкретном случае в зависимости от почвенно-климатических, погодных условий, возделываемой культуры оптимальным является свой вариант строения пахотного слоя для каждой фазы развития данной культуры. Определить эти оптимумы, а тем более добиться таких состояний практически в настоящее время весьма затруднительно.
Перемешивание почвы необходимо, когда в пахотный горизонт попадают локально какие-либо вещества, имеющие в этих местах вредную концентрацию, а при перемешивании с почвой их вредоносность значительно снижается или концентрация достигает благоприятного для растений уровня. Это наблюдается при поверхностном внесении больших доз удобрений и мелиорантов, при выпадении на поверхность почвы токсичных осадков, при припахивании к пахотному горизонту неблагоприятных по свойствам нижележащих слоев почвы (например, на подзолистых почвах и солонцах) и т. д.
Для лучшего взаимодействия с почвой, для создания лучших условий трансформации вещества необходимо перемешивание с почвенной массой химических мелиорантов, органических удобрений, сидератов, остатков растений и др. Перемешивание приводит к перераспределению разнородной почвенной массы, к контакту веществ, прежде не соприкасавшихся друг с другом, служит толчком к возникновению новых процессов и явлений и прекращению или изменению интенсивности имевших место прежде.
Выравнивание поверхности необходимо прежде всего в целях создания одинаковых условий для развития растений и протекания почвенных процессов, удобств для обработки почвы, ухода за растениями и уборки урожая. Особо важное значение имеет создание ровной, а иногда и строго горизонтальной поверхности при выращивании растений при поливе и затоплении.
Создание на поверхности почвы микро - и мезорельефа проводится в основном в районах недостаточного и избыточного увлажнения в целях сохранения или, наоборот, удаления влаги. Важное значение имеют такие мероприятия при борьбе с водной эрозией и дефляцией почв. Некоторые растения вследствие своих биологических особенностей нуждаются в создании повышений или понижений в месте своего обитания.
С помощью обработки почвы можно в более или менее широких пределах регулировать почвенные режимы, оказывая через них влияние на свойства почвы и плодородие. В одних случаях добиваются сохранения, в других — удаления влаги из корнеобитаемого слоя почвы, увеличивают или уменьшают доступность атмосферного воздуха и тепла в разные слои почвы, перераспределяют в обрабатываемом слое органические остатки и удобрения, минеральные и микробиологические удобрения, токсиканты и микрофлору, само почвенное вещество. Обработкой можно воздействовать на многие факторы почвообразования или оказывать влияние на их проявления в нужную для человека сторону. Однако изменить тип почвообразования с помощью одной только обработки почвы возможно только в некоторых исключительных случаях.