Производство растениеводческой продукции на склоновых землях в настоящее время базируется на использовании традиционных технологий и технических средств. Сельхозорудия, применяемые в склоновых агроландшафтах, практически не отличаются от технических средств, которые работают на равнинных полях [1].
В связи с этим полученный при обработке почвы такими техническими средствами пахотный слой не создает необходимые условия для регулирования поверхностного стока воды и процесса эрозии на склонах вследствие низкой водопроницаемости верхнего обработанного слоя почвы и его сопротивляемости размыву. Эта проблема является наиболее острой в регионах, где имеют место глубокое промерзание почвы и частые зимние оттепели, такие условия снижают почвозащитную эффективность применяемых в производстве безотвального рыхления, щелевания зяби, создания на поверхности поля водоемкого микрорельефа и т.д. Образовавшаяся в таких условиях на пашне обледененная поверхность увеличивает потери талых вод на сток, вызывает ускоренную эрозию почв и снижает их плодородие [2–5].
Наибольшую опасность для потери почвенного плодородия представляют процессы водной эрозии от ливневых осадков на паровых полях. Пары, расположенные на склоновых землях, являются самыми уязвимыми для эрозии. Ливневые дожди, выпадающие в весенне-летний период, когда на поле отсутствует растительный покров, могут причинить значительный ущерб. В условиях Саратовской области в среднем за вегетационный период выпадает один-два ливня, со средней интенсивностью дождя 0,15…0,3 мм/мин. В таких условиях потери воды на сток могут составлять 5–45 мм, а смыв почвы, на паровых участках со сложным рельефом, может достигать 10…50 т/га. После чего уровень их плодородия снижается на 25…40 % [6].
В производстве для защиты паровых полей от эрозии возделывают буферные полосы из однолетних и многолетних трав. Их высевают полосами с интервалом 50…250 м друг от друга, поперек основного склона. Преимущество данной почвозащитной технологии заключается в том, что при буферном или полосном размещении полевых культур не требуется специальной техники и серьезных изменений в технологии возделывания полевых культур [7].
Однако склоновые участки, расположенные между буферными полосами, остаются незащищенными (лишенными растительности) в течение 4–5 месяцев в году. Поэтому возникает необходимость дополнительного повышения их противоэрозионной устойчивости.
В результате проведенных исследований в институте Юго-Востока разработан технологический процесс компенсационной обработки почвы на зяби и паровых полях, обеспечивающий возврат постоянно вверх по склону ранее смытого водной и технологической эрозией верхнего плодородного слоя и создание на обработанной поверхности поля противоэрозионных гребне-стерневых кулис с высокой водопоглощающей способностью.
Для осуществления новой технологии компенсационной обработки был разработан способ обработки почвы паровых полей в осенний (зяблевая вспашка) и в летний периоды, а также почвообрабатывающее орудие для его выполнения [8].
Предлагаемый способ обработки почвы в паровом поле осуществляют следующим образом. В осенний период почвообрабатывающим орудием выполняют рыхление почвы без оборота пласта, одновременно с этим на поверхности поля, поперек склона, из пожнивных остатков в смеси с почвой создают противоэрозионные гребне-стерневые кулисы, при этом под основанием кулис выполняют локальное почвоуглубление. В весенний период, по мере отрастания сорняков, проводят первую культивацию парового поля. Одновременно с выполнением первой и последующих весенне-летних культиваций гребне-стерневые кулисы сохраняют на поверхности поля непосредственно до посева озимой пшеницы и перемещают при каждой культивации снизу вверх по склону на величину, соизмеримую с шириной гребне-стерневых кулис, при этом под основанием кулис при каждой весенне-летней культивации также выполняют локальное почвоуглубление.
Способ обработки почвы в паровом поле апробировался в условиях Саратовской области, на поле ФГБНУ «НИИСХ Юго-Востока», после уборки проса. Обрабатываемое паровое поле располагалось на склоновом участке с уклоном γ = 3–5 °. Почва – чернозем обыкновенный маломощный, влажность почвы в пахотном слое составляла 18,7 %, твердость почвы – 1,7 МПа. Средняя высота стерни была равна 19,5 см, масса стерни 230 г/м2. Зяблевая обработка почвы с образованием противоэрозионных гребне-стерневых кулис выполнялась почвообрабатывающим орудием (патент РФ № 2612211), дополнительно оснащенным щелерезами. Средняя глубина обработки почвы в паровом поле рыхляще-подрезающими рабочими органами составляла а1 = 15,3 см, глубина локального почвоуглубления щелерезом под основанием кулис была равна а2 = 28,4 см (рис. 1). Средняя ширина образованных кулис составила 27,8 см. Первая весенняя культивация в паровом поле проводилась почвообрабатывающим орудием, оснащенным плоскорежущими лапками на глубину а3 = 10…12 см в первой декаде мая. Глубина локального почвоуглубления щелерезами под основанием кулис составляла а2 = 22,3 см. Влажность почвы по слоям при первой культивации составляла: 0–10 см – 19,7 %; 10–20 см – 21,0 %; 20–30 см – 23,1 %. Твердость почвы была равна 1,4 МПа. При проведении первой весенней культивации образованные при осенней обработке гребне-стерневые кулисы перемещались на склоновом участке односторонними рабочими органами с отвальной поверхностью снизу вверх на величину равную 24,4 см. Вторая, третья и четвертая летние культивации в паровом поле проводились этим же почвообрабатывающим орудием. Глубина обработки плоскорежущими лапками составляла а3 = 6…8 см. Глубина локального почвоуглубления щелерезами под основанием кулис была равна а2 = 21,8…22,3 см.
Рис. 1. Технологический процесс обработки почвы в паровом поле
Предпосевная культивация парового поля проводилась на глубину равную а4 = 6,3 см (рис. 1). Она выполнялась культиватором КПС-4, укомплектованным боронами БЗТС-1,0. При проведении культивации сорняки полностью подрезались, при этом гребне-стерневые кулисы рабочими органами культиватора и боронами равномерно разравнивались по обработанной поверхности парового поля. После чего проводился посев озимой пшеницы сеялками СЗП-3,6. Посев проводили поперек склона.
Зяблевая обработка почвы в контрольном варианте выполнялась комбинированным агрегатом АПК-3 на глубину 16,2 см. Летние обработки пара проводились культиватором КПС-4, укомплектованным боронами БЗСС-1,0. Посев озимой пшеницы проводили поперек склона сеялками СЗП-3,6.
Таблица 1
Влияние способов обработки почвы на агроэкологические показатели (в весенний период, уклон поля γ = 3–5 ° южной экспозиции)
|
Способ обработки |
Высота снега, см |
Сток талых вод, мм |
Коэффициент стока |
Смыв почвы, т/га |
Запасы продуктивной влаги в метровом слое почвы, мм |
|
Контроль |
25,9 |
3,4 |
0,045 |
0,7 |
135,2 |
|
По новому способу обработки |
25,9 |
1,9 |
0,024 |
0,3 |
139,5 |
Таблица 2
Влияние способов обработки почвы на агроэкологические показатели (в летний период, уклон поля γ = 3–5 ° южной экспозиции)
|
Способ обработки |
Количество осадков, выпавших за весенне-летний период, мм см |
Сток ливневых вод, мм |
Коэффициент стока |
Смыв почвы, т/га |
Запасы продуктивной влаги в метровом слое почвы, мм |
|
Контроль |
207,4 |
22,6 |
0,110 |
3,4 |
166,0 |
|
По новому способу обработки |
207,4 |
3,4 |
0,016 |
0,2 |
180,7 |
Рис. 2. Общий вид парового поля в летний период
Агроэкологическая оценка изучаемого способа обработки почвы проводилась на стоковых площадках с использованием водосливов с треугольными вырезами. Критерием оценки качества обработки являлся поверхностный сток воды и смыв почвы, которые определялись по методике НИИСХ Юго-Востока и ВНИАЛМИ [9].
Запасы продуктивной влаги в метровом слое почвы на изучаемых вариантах определяли методом бурения и взятия образцов почвы во время посева озимой пшеницы.
Сравнение нового способа обработки почвы в паровом поле с контрольным вариантом показало (табл. 1, 2), что высота снежного покрова в обоих вариантах была одинаковой и составляла 25,9 см. Поверхностный сток талой воды и смыв почвы (эрозия) в весенний период за счет создания поперек склона противоэрозионных гребне-стерневых кулис и локального почвоуглубления, расположенного под их основанием, были ниже соответственно на 44,1 % и 57,1 %, чем в контрольном варианте. За счет снижения потерь воды при снеготаянии запасы продуктивной влаги в метровом слое почвы в новом способе обработки были выше на 4,3 мм. В весенне-летний период 2017 г. на паровом поле выпало 5 интенсивных дождей, из них 2 дождя имели ливневый характер. Первый ливень на опытных участках прошел 25 мая, количество выпавших осадков при этом дожде было равно 39,4 мм, интенсивность дождя составила 0,21 мм/мин. Поверхностный сток воды и смыв почвы на паровом поле в контрольном варианте составили соответственно 14,8 мм и 2,9 т/га. В варианте, обработанном по новому способу, поверхностный сток воды и смыв почвы (эрозия) были равны соответственно 3,4 мм и 0,2 т/га. Второй ливневый дождь выпал 24 июня. Количество осадков при этом было равно 24,4 мм, интенсивность дождя составила 0,17 мм/мин. В таких условиях поверхностный сток воды и смыв почвы на паровом поле в контрольном варианте, составили 7,8 мм и 0,5 т/га. В варианте, обработанном по новому способу, поверхностный сток воды и смыв почвы отсутствовали. В остальных случаях, при выпадении дождей, сток воды и смыв почвы на сравниваемых способах обработки парового поля полностью отсутствовали. В результате снижения потерь воды на сток и ее сохранения в паровом поле запасы продуктивной влаги в метровом слое почвы в новом способе, перед посевом озимой пшеницы, были выше на 14,7 мм.
Проведенные предварительные исследования показали, что повышение влагообеспеченности почвы, сохранение и выравнивание по толщине верхнего плодородного слоя на всей обработанной поверхности поля позволяет увеличить урожайность полевых культур на склоновых землях в Поволжье на 12–25 %.
Общий вид парового поля, обработанного по новому способу, представлен на рис. 2.
Выводы
Применяемые в производстве способы основной обработки почвы и технические средства для их выполнения не в полной мере отвечают агротехническим требованиям, особенно в плане защиты почв от эрозии и накопления атмосферных осадков, в итоге в отдельные годы в склоновых агроландшафтах на зяби и паровых полях со стоком теряется 5–45 мм воды и до 50 тонн почвы с гектара.
Экспериментальными исследованиями определены основные параметры создаваемых гребне-стерневых кулис: ширина 230…320 мм; высота 100…130 мм, расстояние между кулисами 550…650 мм. Глубина локального почвоуглубления под кулисами должна находиться в пределах 200…240 мм.
Разработанный способ обработки почвы в паровом поле, за счет создания на обработанной поверхности гребне-стерневых кулис позволяет снизить энергию водного потока и за счет этого сократить потери воды на сток на зяби на 44 % и смыв почвы на 57 %, на паровых полях при ливневых осадках соответственно на 19,2 мм и 3,2 т/га и повысить запасы продуктивной влаги в метровом слое почвы на 14,7 мм, в сравнении со способом, применяемым в производстве.