Способы обработки почвы: технологические операции и задачи

Механическая обработка почвенного слоя является главным стимулятором процессов севооборота. Правильно составленная система культивации, в частности, улучшает влагообеспеченность и аэрацию земли, также способствует активизации полезных микроорганизмов. Современные способы обработки почвы сочетаются в себе элементы традиционной культуры возделывания земли и новые технологии, но в каждом случае при их использовании надо учитывать также внешние микроклиматические условия и требования к конкретной растительности.

Задачи обработки почвы

Посредством агротехнических орудий сельскохозяйственное предприятие или фермер на собственном участке организует процесс формирования благоприятных условий в почве с точки зрения развития культурных растений. Польза, которую приносит механическая обработка, имеет вполне научное обоснование. Благоприятные эффекты оказываются и на плодородный слой, и на растения, воздействуя в нескольких направлениях одновременно – на биологическом, физическом и химическом уровне. Принципиально важным является регуляция температурно-влажностного режима, что достигается за счет структурного изменения почвенного покрова. В качестве примера положительного воздействия агротехнических орудий на процесс развития растений можно привести разноглубинные способы обработки почвы. Влияние на урожайность клещевины при интенсивном применении данной системы носит положительный характер. Наибольшие показатели продуктивности данной культуры в переводе на конкретные цифры соответствуют 1,25-1,28 т/га. Разумеется, речь не идет об универсальном применении таких методов, так как в каждом случае и механическое воздействие имеет разные эффекты. По этой причине и формируются многоуровневые системы обработки с учетом сезонного состояния растений и программы применения удобрений.

По исследованиям специалистов, процентное влияние обработки почвы на процессы развития культур с обязательным повышением урожая в среднем варьируется от 3 до 12%. В наиболее же благоприятных условиях этот процент может достигать и 26-60% в зависимости от применяемых способов и операций механической обработки почвы. Задачи, которые ставят пользователи данных методов ухода за почвой на основе научного знания, следующие:

• Регуляция питательной среды для культурных растений. Достигается как целевым размещением удобряющих материалов в почве, так и посредством повышения активности микробиологических процессов.
• Преобразование посевного и пахотного слоев почвы с целью увеличения их агрофизических качеств.
• Искусственная заделка в почвенном покрове на глубину растительных остатков, травяной дернины, удобрений, агрономических материалов и мелиорантов.
• Уничтожение вредителей и снижение их популяции в пахотных слоях до оптимального порога вредоносности.
• Обеспечение балансов воздушного, водного и теплового режимов.
• Минимизация развития и возникновения эрозии почвы.
• Формирование микрорельефа, который даст возможность производства высококачественных полевых работ на всем цикле от посева до послеуборочных мероприятий в короткие сроки.
• Создание благоприятных условий для наращивания мощности пахотного слоя с точки зрения его плодородия и положительной биохимической активности.

Основные технологические операции при обработке почвы

Характер деформаций, которым подвергается почвенная структура, влияет на дальнейшие физико-химические и биологические процессы в плодородном слое. Каждая операция предполагает определенное воздействие, у которого есть своя задача в рамках общего севооборота. Базовые и наиболее распространенные способы обработки почвы кратко можно представить так:

• Крошение. В процессе воздействия происходит распад цельной массы почвенного массива на комки (маленькие или большие). В рабочей операции крошения применяют дисковые бороны и отвальные плуги. С агрономической точки зрения, ценность имеют комья фракцией от 0,25 до 3 мм в зависимости от типа почвы.
• Рыхление. Если крошение меняет размер комков, то рыхление влияет на конфигурацию их взаимного расположения. Таким образом повышается некапиллярная пористость почвы, ее водопроницаемость и в целом пропускная способность. В регионах с засушливым климатом рыхление особенно важно как способ усиления аэрации и глубокого проникновения водяных паров. Данную операцию выполняют ротационными мотыгами, паровыми культиваторами и плоскорезами.
• Перемешивание. Обычно применяется в одном процессе с добавлением в почву полезных материалов, которые распределяются по поверхности или на определенной глубине. Главная задача – обеспечить единородную структуру в плане содержания полезных компонентов в рамках определенной площадки.
• Выравнивание. Требуется для закрытия влаги внутри структуры почвы, снижения испаряющей способности и, как следствие, повышения производительности покрова. Данная операция схожа с поверхностными способами механической обработки почвы посредством боронования. Для этого задействуют бороны, облегченные катки, волокуши и т. д.
• Уплотнение. Этот способ служит для придания верхней части почвенного слоя нужного строения. Дело в том, что процессы минерализации в условиях недостаточно плотной заделки грунта замедляются из-за испарения влаги в открытой структуре. Соответственно, для исключения подобных процессов требуется мягкое уплотнение. Рабочая поверхность прижимается водоналивными катками с давлением порядка 50 кН.

Отвальный и безотвальный способы обработки почвы

Механика выполнения отвала напоминает оборачивание, но в дополненном виде. Само оборачивание в данном случае может быть и неполным, однако за этой частью операции обязательно следует рыхление, перемешивание и подрезание. При необходимости может использоваться временное открытие пласта для внесения удобрений – заделки.

Стоит отметить и разновидности отвального способа обработки почвы:

• Роторно-дисковый. Обеспечивает крошение и перемешивание вплоть до образования однородности полосы для будущего посева.
• Комбинированная методика. Сочетает в себе вышеназванные операции обработки, но предусматривает и возможность их выполнения на глубине.

Что касается безотвального способа, то при нем рыхление производится без оборачивания. Здесь надо отметить, что сама потребность в обороте пласта возникает в ситуациях, когда орудия поверхностного мелкоформатного воздействия оказываются неэффективны перед плотной структурой почвы. Однако бывают случаи, когда и отвальный способ не допускается. Например, в регионах с низким коэффициентом влажности открытие структуры почвы на глубине может привести к иссушению пахотного слоя. Безотвальный способ в основной обработке почвы заключается в выполнении глубокого рыхления (до 30 см) раз в 3-4 года. В промежуточные периоды также применяется рыхление, но в смягченной форме – на глубине до 12 см дисковыми лущильщиками.

В то же время верхние слои почвы остаются не перемешанными, что способствует накоплению органических питательных веществ благодаря остаткам однолетних растительных культур. С другой стороны, консервация пластов земли при безотвальном способе обработки также способствует накоплению семян сорняков и болезнетворных микроорганизмов в верхнем слое, что приводит к ухудшению фитосанитарного состояния почвы.

Приемы основной обработки почвы

В соответствии с ГОСТом 16265-89, приемом в контексте обработки почвы называется однократное воздействие на плодородный слой агротехническим орудием с целью производства одной или серии технологических операций.

Вспашка является одним из базовых приемов основной обработки почвы. Способы и подходы к ее реализации различаются в зависимости от текущих требований к состоянию почвы. Чаще всего для этого используются плуги с отвалами разной формы. Например, винтовые рабочие органы отвалов позволяют выполнять оборот, а плуг с цилиндрической поверхностью эффективнее крошит землю на мелкие комки.

К процессу вспашки может добавляться рыхление. В одной конструкции навесного культиватора устанавливается плуг и рыхлящие лапы, что позволяет достигать одновременно несколько положительных эффектов обработки на глубине до 15 см. Также специально для обеспечения вывода лишней жидкости на перенасыщенных водой полях используют плуги с кротователем. Последний на глубине ниже 30 см образует дренажные каналы диаметром порядка 5 см. На тяжелых суглинистых почвах дренажные сети такого типа могут сохраняться несколько лет без структурных изменений.

На плохо выровненных поверхностях, где также содержится большое количество нежелательных растительных остатков, применяется фрезерование как наиболее подходящий способ обработки почвы. Приемы с подключением фрезерных и других режущих орудий в принципе эффективны в условиях жесткой структуры грунта. Такие условия не обязательно формируются по естественным природным причинам. Неправильно используемая ежегодная вспашка в одном направлении вполне может сформировать плотный грунт с нарушенной геометрией на поверхности – с кочками, сорняковыми куртинами и прочими дефектами. Исправить положение как раз помогает интенсивное фрезерование на глубине до 20 см с последующим крошением и выравниванием, создающим гомогенный пахотный пласт.

Приемы поверхностной обработки почвы

Механическое воздействие на плодородный слой на глубине до 8 см называется поверхностным. Зачастую в эту же группу включают и операции мелкой обработки, при которой глубина проникновения инструмента может достигать 16 см. Задачи такого воздействия на структуру почвы сводятся к созданию благоприятных условий для засева. То есть форма рельефа корректируется под оптимальные требования удобного заложения семян. Кроме того, поверхностные способы механической обработки почвы применяются и в случаях, когда ввиду тех или иных причин невозможно производить действия на более глубоких уровнях.

После освобождения полей от зерновой культуры выполняется лущение. Данная операция необходима для лишения вредителей мест их обитания – в остатках прежней растительности после ее уборки. В условиях засухи лущение позволяет решать целый ряд задач, среди которых подрезка сорняка, взрыхление верхнего слоя почвы, активация мульчи, снижение процессов испарения влаги.

Широкий спектр операций на поверхностных слоях выполняется с помощью культиваторов. Это подвесное оборудование, которое обычно реализует одновременно несколько приемов обработки почвы. К способам базового спектра, которые чаще всего осуществляются в рамках культивации, можно отнести рыхление, крошение, прикатывание, перемешивание, подрезка и т. д. В зависимости от конфигурации рабочих органов, может выполняться как междурядная, так и сплошная обработка на глубинах от 5 до 16 см.

Особенности обработки почвы под лесные культуры

Хотя в данном случае процессы обработки имеют вполне очевидные ограничения в плане использования различных технических средств, может применяться весь спектр механических приемов, а также химические и термические способы воздействия на плодородный слой. Другое дело, что сама технология корректируется в механике применения тех или иных средств.

Выбор конкретных способов обработки почвы под лесные культуры определяется условиями местопроизрастания, характеристиками лесорастительный зоны, а также биоэкологическими свойствами выращиваемой растительности. К наиболее распространенным видам обработки можно отнести частичную и сплошную. В первом случае речь идет о системах культивации с формированием полос, борозд и площадок высадки. В качестве целей ставится улучшение воздушного и водного режимов, уничтожение вредителей и ликвидация остатков зараженной растительности. Что касается сплошной обработки, то она применяется на участках, которые не находились в лесной зоне. В данном случае спектр операций расширяется за счет боронования, прикатывания и вспашки.

Работы по уходу за почвой в условиях лесосек имеют специфический характер на фоне общего агротехнического процесса севооборота. Связано это и с тем, что способы обработки почвы под лесные культуры в целом предназначены для создания условий для высадки сеянцев и саженцев кустарниковых растений и деревьев. Другое дело, что есть универсальный набор микробиологических и химических параметров, которые должны улучшаться за счет такой обработки.

Оценка качества обработки почвы

Очевидно, что сама по себе механическая обработка плодородного слоя земли не гарантирует повышение питательных свойств почвы и необходимую регуляцию водно-воздушных характеристик. Поэтому на крупных хозяйствах периодически производится анализ качества обработки с учетом ее соответствия агротехническим требованиям. Начать следует с того, что мероприятия должны производиться своевременно. Нарушение графика или сезонности может свести к нулю положительные эффекты севооборота. Например, зяблевые способы обработки почвы при ранней вспашке оказываются более эффективными с точки зрения обеспечения сохранности влаги и борьбы с вредителями, чем в поздние периоды. Запоздавшие полевые работы могут привести к нарушению равномерности при заделке высеваемых культур, не говоря о риске пересыхания почвы.

Помимо сроков, во внимание берутся такие параметры обработки, как направленность и глубина. Направление выбирается строго поперек предыдущей ориентации или под углом к ней. Как уже отмечалось выше, ежегодная однонаправленная вспашка может привести к укрепленной деформации поверхностного слоя, после чего потребуется фрезеровка. Что касается глубины, то уровень залегания рабочих орудий должен быть обоснованным. Эта величина напрямую связана с возможностью регуляции влажностного баланса нижних пластов. В любом случае все способы глубокой обработки почвы должны обеспечивать равномерность и минимальную степень отклонения. Так, при пахотной глубине до 20 см максимально допустимый уклон достигает 2 см.

Принципы минималистичной обработки

Даже при условии соблюдения общих правил обработки земли сохраняются риски ее истощения при длительном механическом воздействии на плодородный слой. Кроме того, возрастает вероятность эрозии почвы и ее физической деградации, на фоне чего снижается и способность к освоению гумуса. Эти и другие негативные факторы приемов и способов механической обработки почвы обусловили актуальность темы внедрения принципов минималистичного воздействия агротехнических орудий на землю. На практике это выражается в следующих принципах:

• Снижение частоты применения глубокой обработки без поверхностной корректировки слоя.
• Почвы, находящиеся в оптимальном состоянии, обрабатываются в щадящих режимах.
• В рамках одной технологической операции выполняется несколько рабочих процедур.
• Сокращается число операций, предполагающих подключение колесной и гусеничной техники. Эта мера снижает давление на почву.

При этом логично возникает вопрос о рисках применения оптимизированных способов обработки почвы наподобие снижения показателей урожайности. Действительно, часть показателей, отражающих плодородные свойства земли, снижается на фоне падения интенсивности механического воздействия в тех или иных формах. Но, с другой стороны, этот ущерб в полном объеме восполняется за счет общей стимуляции положительных почвенных процессов, связанных с регуляцией питательных веществ и микроорганизмов. Особенно благоприятные эффекты наблюдаются в биохимических процессах обмена ферментов и трансформации различных органических соединений.

Альтернативные способы обработки почв

Наряду с принципами минималистичной обработки появляются и альтернативные системы возделывания земли. В числе наиболее заметных можно выделить технологию умеренной обработки Strip-till и метод No-till. В случае с техникой Strip-till предполагается выполнение полосного глубокого рыхления, при котором обильно вносятся питающие элементы. С одной стороны, удобрение в дальнейшем стимулирует рост высаживаемых культур, а с другой – поддерживает биохимические процессы в структуре самой почвы. Способ обработки Strip-till имеет принципиальное отличие, которое заключается в сохранении междурядной полоски с нетронутым грунтом. Это тоже технологическое решение, направленное на сохранение естественной структуры земли. В частности, оставленный участок поддерживает работу сохраненных капилляров с циркуляцией влаги и питательных микроэлементов, образующих полезную экосистему. В случае с технологией No-till речь и вовсе идет о полном отказе от механического воздействия. Оптимальное состояние земли для севооборота обеспечивается поддержанием равновесия в процессах биоценоза почвенных организмов. Практически эта задача достигается внесением специальных удобрений, трав и микроорганизмов.

Заключение

Актуальность проблем, стоящих в аграрном секторе земледелия, подчеркивает зависимость продовольственного обеспечения человека от природных биологических и химических систем. Казалось бы, неведомое прежде развитие технических средств и синтезированных веществ для питания почвы должно гарантировать стабильность процессов севооборота. Но даже инновационные способы, приемы и системы обработки почвы не устраняют риски отрицательных процессов, которые через годы проявляются в виде истощения плодородных слоев. Проблемы такого рода обусловлена тем, что почва является многоуровневой сложной экосистемой, взаимосвязанной с огромным количеством сторонних факторов воздействия. Вмешиваясь в устройство данной биологической инфраструктуры, человек нарушает сразу целый ряд естественных процессов. На этом фоне появляются и новые принципы обработки земли, во многом связанные с сокращением механического воздействия на ее структуру.