Разрушительное воздействие на почву водной и ветровой эрозии, разрушение структуры почвы во всем цивилизованном мире потребовали поиска почвосберегающих технологий и разработки технических средств. Вследствие развития эрозии происходит отказ от использования плуга. Землю обрабатывают не так интенсивно и без оборота пласта.
Другой причиной отказа от плуга было осознание того, что интенсивная обработка почвы значительно ухудшает структуру почвы. Усиленная минерализация при использовании плуга ведет к сокращению органических веществ. Последствия разрушения гумуса наряду с истощением запаса питательных веществ являются дестабилизирующим фактором структуры почвы. Размер почвенных агрегатов сокращается, а опасность заиления, уплотнения и эрозии – увеличивается.
С увеличением слитности почвы сопротивляемость почвы механической обработке усиливается, а вместе с тем увеличивается и усилие, которое надо прилагать при обработке. Вследствие сильного рыхления ухудшается проездная способность по сравнению с непахаными площадями и увеличивается чувствительность к уплотнению.
Наконец, при использовании плуга существует опасность образования плотных горизонтов непосредственно под обрабатываемым горизонтом, так называемая плужная подошва, которая может нанести ущерб росту растений.
Сегодня земледелие без плуга – это система, принятая в мировом масштабе и успешно реализуемая во многих странах уже несколько лет. Важными причинами отказа от плуга являются:
- сокращение почвенной эрозии;
- экономия трудозатрат и издержек;
- повышение выработки в единицах площади и производительности труда;
- предотвращение нанесения повреждений структуре почвы.
Во всем мире преобладает минимальная обработка почвы в ее различных проявлениях.
Причины выбора системы обработки почвы.
Уменьшение почвенной эрозии
Самая важная причина перехода к минимальной обработке почвы и прямому посеву во всемирном масштабе – это почвенная эрозия, вызываемая водой и ветром. При сельскохозяйственном использовании площадей почти всегда возникает эрозия. Для длительного землепользования допустимая эрозия вместе с естественным смывом почвы должна быть меньше, чем новое почвообразование. С уменьшением интенсивности обработки почвы, уменьшается и смыв почвы.
Почвенная эрозия рассматривается как мировая проблема. Вследствие почвенной эрозии ценные пахотные земли, а с ними вместе и питательные вещества, связанные с вымыванием средств защиты растений, просто теряются. Смытые почвы покрывают дно и повышают русло рек, находящиеся в почве питательные вещества и средства защиты растений ведут к значительному загрязнению вод, разрушению водной флоры и фауны. Интенсивная обработка почвы в настоящий момент является преступным обращением с землей.
Минимальная обработка почвы не только в мировом масштабе, но и в частности в Российской Федерации, способствуют сокращению ущерба и загрязнения окружающей среды вследствие эрозии.
Преимущества в земледелии
Интенсивность обработки почвы оказывает большое влияние на плодородие почвы и технологическую готовность почвы. Под плодородием почвы понимается длительная способность почвы давать урожай, в то время как технологическая готовность почвы – это масштаб для структуры почвы, необходимый для роста растений.
Решающими критериями для плодородия и технологической готовности почвы является агрегация почвенных частичек (биологическое крепление, глина-гумус комплексы), пористая структура, а также водный и питательный режим почвы. Высокое содержание гумуса, высокая биологическая активность и незначительный смыв почвы (эрозия) являются важными факторами для плодородия почвы и ее технологической готовности.
Сокращение интенсивности обработки почвы положительно влияет на эти факторы, т. е. минимальная обработка почвы – это решающий вклад в улучшение плодородия почвы и ее технологической готовности.
Минимальная обработка почвы в значительной мере влияют на водный режим. Любая форма обработки почвы ведет, прежде всего, к дополнительной потере влаги. При обработке почвы влажная почва выносится на поверхность, где она может быстрее высохнуть. Пожнивные остатки на поверхности почвы являются защитой от испарения.
При обработке почвы количество пожнивных остатков уменьшается и испарение увеличивается. Как правило, перемещение воды в подпочву при минимальной обработке почвы вследствии высокой открытой пористости насыщения по сравнению со вспаханными площадями выше и, таким образом, при выпадении осадков в почву может проникнуть больше воды и меньше утечь с поверхности. Благодаря этому, растения получают больше воды.
Экономические преимущества
Высокая производительность труда является решающим фактором успеха, прежде всего, для полностью механизированного сельского хозяйства Кабардино-Балкарии. При минимальной обработке почвы можно значительно повысить производительность труда. Возможна экономия рабочего времени, что касается всего земледелия, до 50 %. Благодаря экономии рабочего времени площади возделывания могут быть расширены, другие отрасли хозяйства – интенсифицированы или расширены, сокращены затраты на наемный труд, что весьма важно для реализации приоритетного национального проекта «Развитие АПК».
Кроме того, высокая производительность труда делает возможным своевременное проведение работ в полеводстве. Многочисленные исследования показали, что только за сравнительно небольшой период времени посева достигается оптимальная урожайность. Важнейшими причинами отказа от плуга и перехода на минимальную обработку почвы являются высокая производительность труда и своевременный посев.
Экологические преимущества
Наряду с названными преимуществами минимальная обработка почвы и прямой посев обладают рядом экологических преимуществ. На улучшенную защиту от эрозии ссылка уже делалась. Сокращение интенсивности обработки почвы ведет к заметному сокращению в потребности топлива. Полученная таким образом экономия энергии в сравнении с расходом энергии, необходимой для обычного внесения азотных удобрений, относительно мала.
Оптимизацией использования азотного удобрения можно независимо от системы обработки почвы достичь более высокой экономии энергии.
Разумеется, из-за сокращения интенсивности обработки почвы вынос питательных веществ в поверхностные и грунтовые воды уменьшается. Причиной служит, прежде всего, незначительная почвенная эрозия, уменьшенный сток поверхностных вод и способность почвы удерживать питательные вещества.
Разложение средств защиты растений происходит, как правило, на менее интенсивно обрабатываемых площадях быстрее. Причиной тому служит высокая биологическая активность. Но повышенное и непрофессиональное использование средств защиты растений не может быть компенсировано уменьшением обработки почвы.
Из-за сокращенного расхода топлива и накопления гумусовых веществ площади под минимальной обработкой почвы и прямым посевом обладают большим преимуществом по СО2-балансу. По оценкам, доля эмиссии углекислого газа климата составляет около 50 %. Сжигание ископаемых энергоносителей является основной причиной эмиссии углекислоты, сельское и лесное хозяйство в значительной степени содействуют этой эмиссии.
Эмиссия углекислого газа в земледелии возникает вследствие употребления ископаемых энергоносителей, вследствие распада гумуса, респирации почвы, дыхания растений и, правда, в очень небольшом объеме, распада средств защиты растений. Связывается углекислота посредством фотосинтеза растений и посредством накопления гумуса. На эти факторы в различной степени влияют различные системы обработки почвы.
Освобождение углекислоты из почвы (респирация почвы) основана на дыхании корней и активности почвенной жизни. При распаде гумуса и повышении активности корней повышается дыхание почвы. На ранее обрабатываемых почвах после перехода на прямой посев можно рассчитывать на накопление гумуса от 0,6 до 1,8 т на гектар в год. Это накопление может длиться несколько десятилетий. Но и здесь длительно устанавливается равновесие между распадом гумуса и его образованием, соответствующее
Влияние минимальной обработки почвы на местные условия
Изменения в почве
Отказ от использования плуга изменяет различные биологические, физические и химические свойства почвы. Растительные остатки на поверхности почвы ведут к заметному накоплению гумуса в пахотном слое, связанному с заметным увеличением микробиологической активности, которая способствует повышению стабильности почвенных агрегатов, увеличивает их стойкость к заилению и эрозии. Особенно выделяется и подчеркивается многими авторами увеличение популяции дождевых червей с уменьшением интенсивности обработки почвы.
Чем меньше интенсивность обработки почвы, тем выше биомасса и биологическая активность почвы. Не только дождевые черви, но и другие живые существа, как, например, хищные клещи и ногохвостки на невспаханной почве размножаются сильнее, но деятельность дождевых червей оставляет не только заметные, хорошо видимые следы, но и дает длительное улучшение структуры почвы.
Дождевые черви перемешивают почву, переносят солому и питательные вещества в более глубокие слои почвы. Создаваемые ими ходы образуют вертикальную, стабильную проходную как сверху, так и снизу систему пор с повышенной воздухопроницаемостью и улучшенной инфильтрацией большого количества осадков.
Понятно, что при переходе от плуга на прямой посев потребуется несколько лет, чтобы создалась такая большая популяция дождевых червей. Незначительное количество дождевых червей на вспаханных площадях объясняется не механическим нанесением вреда дождевым червям обработкой почвы, а лишением питательной основы.
Дождевые черви зависят от растительных остатков на поверхности почвы. Если они удаляются или заделываются в почву, то удержаться может только небольшая популяция.
При минимальной обработке почвы и прямом посеве дождевые черви выполняют важную функцию при рыхлении почвы и стабилизации. При этом оставление растительных остатков на поверхности почвы, прежде всего при прямом посеве, является решающим моментом. Регулярное удаление пожнивных остатков сжиганием или просто их уборка снижают эффективность использования минимальной обработки почвы.
Не только число дождевых червей, но и число других организмов на поверхности и внутри почвы заметно увеличивается при сокращении обработки почвы. В то время как при обработке почвы плугом в почве заметно меньше биомассы, и, прежде всего микроорганизмов, при прямом посеве существует достаточно разнообразная по видам и комплексная экосистема.
Интенсивная обработка почвы создает благоприятные предпосылки для минерализирующих организмов, в то время как образование гумуса сильно ограничено. При отказе от обработки почвы минерализация не меньше, а образование гумуса выше. Отсюда и возникает при прямом посеве более высокое содержание гумуса в почве.
Нераспаханные почвы благодаря накоплению на поверхности пожнивных остатков содержат в поверхностном слое больше органически связанного азота. С другой стороны, мало или вообще не обработанные почвы характеризуются замедленной минерализацией и высоким связыванием питательных веществ, так что при интенсивных осадках в глубоких слоях почвы откладывается намного меньше нитрата азота. После вспашки ожидается более сильное высвобождение нитратов, по сравнению с невспаханными и необработанными площадями.
Если отказ от вспашки является эффективной мерой для ограничения вымывания нитрата, то последствия неправильного удобрения азотом не могут быть компенсированы сокращением обработки почвы. Так, для решения этой проблемы ссылаются на накопленный опыт, который действует независимо от выбора метода обработки почвы – это залужение паров, поскольку растения убирают из обращения как NO3 (по крайней мере, на критическое время), так и средство его доставки Н2О».
При земледелии без использования плуга калий и фосфор накапливаются в верхних слоях почвы. Эта поверхностная концентрация, как показывает опыт, не может долго сохраняться. Благодаря усиленной деятельности дождевых червей питательные вещества проникают в более глубокие слои почвы.
Сокращение сноса почвы
Эрозия – это процесс. смыва плодородных почв, питательных веществ и вредных веществ, сопровождающийся снижением плодородия почвы. Эрозия почвы зависит от множества факторов. Самый важный фактор эффективной защиты от эрозии это постоянное закрытие почвы. Этим почва защищается от ветра и воды, создается препятствие поверхностному заилению, так что инфильтрация высока, а поверхностный сток остается незначительным. При минимальной обработке почвы стабильность почвенных агрегатов выше, и влажные почвы меньше подвержены эрозии.
Многочисленные исследования показали, что прямой посев с соответствующим покрытием почвы, наряду с использованием в качестве постоянных кормовых угодий является самым эффективным методом защиты от эрозии. В большинстве исследований смыв почвы при прямом посеве составил 10 % от величины, полученной при использовании традиционной обработки почвы. Большей частью смыв почвы составил менее 2 т на гектар в год и чаще всего в границах естественного почвообразования.
В рамках минимальной обработки почвы защита от эрозии, в некоторой степени, осуществляется попутно и бесплатно. При традиционной обработке почвы нужно сравнительно дорого заплатить за защитное покрытие почвы возделыванием промежуточных культур.
Сокращение уплотнения почвы
Причины уплотнения, его воздействие на структуру почвы и урожайность, а также мероприятия по его ограничению очень часто описывались и широко известны. Степень и объем уплотнений зависят в основном от соответствующих условий использования. Не только тип почвы и ее состояние, но и выбор севооборота и система ведения хозяйства играют решающую роль.
Многочисленные исследования и практический опыт подтверждают, что уменьшение интенсивности обработки почвы снижают опасность вредных почвенных уплотнений на длительное время.
Значительный вклад в улучшение проходимости почвы вносит отказ от ежегодного глубокого и интенсивного рыхления. Соответствующие замеры показывают, что невзрыхленная почва, и почва, обработанная техникой без поворота пласта, обладает стабильной структурой и стабильной системой пор, которая даже в очень сыром состоянии не так восприимчива к воздействию давления, как вспаханная. Поэтому при минимальной обработки почвы возможно сокращение опасности почвенной эрозии и уплотнения почвы.
Почвенная влага
При отказе от обработки почвы, как правило, растения получают больше воды. Потеря воды вследствие испарения заметно меньше. Пожнивные остатки на поверхности почвы действуют как изоляционный материал. Поверхность почвы несильно нагревается, так, что давление пара меньше, с другой стороны, слой соломы действует как заграждение для пара. Из-за пожнивных остатков на поверхности почвы и из-за высокой стабильности агрегатов не образуется заиления и корки на поверхности почвы при прямом посеве. В связи с непрерывными вертикальными порами в подпочве, в почву проникает заметно больше дождевой воды и меньше стекает с поверхности («влаговместимость пахотного слоя»).
С другой стороны, непаханая почва характеризуется капиллярным подъемом влаги, гарантирующим, особенно в засушливые годы, необходимое водоснабжение растений и живых организмов. В засушливых районах это очень большое преимущество и ведет зачастую к заметному увеличению урожайности. В местах, где зимой максимальная полевая влагоемкость оптимально пополнена, эффект заметно ниже. Во влажных и сырых местах, напротив, высокое содержание воды является недостатком, поскольку содержание кислорода в почве ограничено. В таких местах обработка почвы регулярно ведет к прибавке урожая, так как улучшается вентиляция.
В заключение следует обратить внимание еще на то, что высокое содержание влаги на почвах с прямым посевом ведет к замедленному нагреванию почвы весной.
Хозяйства, применяющие в течение ряда лет минимальную обработку почвы, независимо от месторасположения и используемой техники отмечают следующие преимущества этого метода для почвы:
- увеличение разнообразия почвенных организмов,
- улучшение почвенной структуры,
- улучшение инфильтрации и влагоемкости,
- эффективная защита от эрозии,
- высокая несущая способность,
- более высокая проходимость.
В сочетании с более высокой несущей способностью и проходимостью фермеры говорят о щадящем применении тяжелых уборочных машин.
Другим преимуществом улучшенной структуры почвы считается дополнительная подача воды в растения.