Почвенная корка: проблема «голой» почвы?

30 апреля 2019 г.
Статьи Агротехнологии Почвенная корка: проблема «голой» почвы?
почвы

В 1956 году в США по пьесе американского драматурга Ричарда Нэша сняли фильм «Продавец дождя». Действие фильма происходит в сельском городке в годы так называемой «Великой депрессии». Кроме глобальных проблем, типичных для Америки начала 1930-х годов, у местных фермеров есть проблема локальная – засуха.


Главный герой фильма предлагает фермерам купить у него…дождь. Недорого – всего лишь за «сотку» баксов. И, как и положено настоящему бизнесмену, детально описывает свой товар, попутно перечисляя все виды дождя.

«Есть дождь крупный и редкий, напоминает плохо прикрученный душ. Предназначен для цветочных клумб, высаженных пожилыми леди. Он нам не нужен. Существуют апрельские ливни. Они потому и называются апрельскими, что вызвать их можно только в апреле. Они вне нашей власти, забудем о них». И так далее, с перечислением достоинств и недостатков каждой разновидности дождя.

Как было принято в Голливуде, в фильме был «happy end». Дождь пошел, «продавец дождя» получил обещанный гонорар, у некоторых персонажей наладилась личная жизнь.

К сожалению, в реальной жизни в случайно доставшейся бочке меда непременно находится ложка дегтя. Если выпадает дождь, то чаще всего он не такой, как «заказывали». Иногда слишком маленький и слабый. А иногда – слишком сильный. И не всегда удается определить, какое из двух зол меньше – очень скромный мелкий дождик или буйный «тропический» ливень.

ДОЖДЬ ПРАВИЛЬНЫЙ И «НЕПРАВИЛЬНЫЙ»

Мир полон таких очевидностей,
но их никто не замечает.
Артур Конан Дойл

Обычно размер почвенного агрегата сопоставим с размерами капли мелкого, «моросящего» дождя – примерно 0,5-1 мм. Мелкий «грибной» дождик абсолютно безвреден для структуры почвы. Его капля весит меньше 0,05 г, а скорость не превышает 5-6 м/с.

Для тяжелых почв оптимальная интенсивность дождя на тяжелых почвах составляет 0,1-0,2 мм/мин., средних — 0,2-0,3 мм/мин. и на легких — 0,5-0,8 мм/мин. Если темпы выпадения осадков соответствуют инфильтрации определенного типа почвы, то нет причин для беспокойства.

Совсем другое дело – ливень. Капли проливного дождя имеют гораздо больший размер (минимум 3-4 мм) и массу (до 0,15 г), чем капли «грибного» дождика. И, соответственно, большую кинетическую энергию, поглотить которую частицы почвы без повреждений не могут. Под постоянными ударами тяжелых капель агрегаты поверхностного слоя почвы теряют прочность и разрушаются.

Капель много и падают они часто. Время контакта капли с поверхностью занимает очень короткий промежуток времени – тысячные доли секунды. Почва подвергается импульсному воздействию множества относительно слабых, но резких ударов.

Разрушение почвы каплей проходит в два этапа. Первый этап – нарастание давления внутри капли и, соответственно, на поверхность почвы. В первый момент после столкновения капли с почвой образуется округлая вмятина. Она увеличивается до диаметра капли, при этом давление на почву возрастает.

В первый момент удара вода проявляет себя как твердое вещество. Именно за это время большая часть (около 2/3) кинетической энергии капли расходуется на уплотнение почвы.

От точки контакта распространяется боковой (радиальный) поток, и именно он способствует образованию сферических каверн на поверхности почвы. Скорость радиального потока больше скорости капли в момент удара.

почвы

Во время второго этапа происходит спад давления. После деформации капли давление по периферии контакта начинает падать, но в центре давление продолжает расти. В результате перепада давления от центра капли к ее окраинам радиально устремляются потоки воды. Траектория их движения повторяет кривизну стенок кратера. Затем они продолжают двигаться по инерции, захватывая с собой частицы разбитых почвенных агрегатов. Капля полностью разбрызгивается, возникает так называемая «корона» из брызг, которые разлетаются на 30-40 см.

Сильный ливень может поднять в воздух до 150-200 тонн почвы, что соответствует слою 1,2-1,5 мм. Если поле имеет сильный уклон, а дождь продолжается достаточно долго, то 10-15% этой почвы смывается потоками воды.

Но проблемы возникают даже в тех случаях, когда водная эрозия минимальна. Удары капель дробят агрегаты на исходные компоненты, и этот мельчайший ил заполняет все пустоты между более крупными частицами структурированной почвы. Поверхность заиленной почвы плохо поглощает влагу. Это увеличивает непродуктивные потери влаги (сток, испарение). Кроме того, после высыхания поверхность почвы «цементируется» и превращается в тонкую, но прочную корку.

В некоторых засушливых странах (например, расположенных в северной части Сахеля), почвенная корка позволяет собрать стекающую влагу редких в этих местах дождей во временные пруды. Собранная таким способом влага бесплодных земель используется для орошения с/х культур в пустынных оазисах. Количества воды, выпавшей на нескольких десятках гектар, вполне хватает для полива нескольких пальм и небольшого участка с однолетними культурами.

Но этот неожиданный «плюс» почвенной корки актуален только в пустынной местности. И только при использовании специфической для этих мест технологии сбора воды.

почвы

В менее экстремальных условиях усиленный сток влаги осадков с покрытых почвенной коркой участков приводит к непродуктивным потерям влаги. И к потерям плодородной почвы, так как «убегающая» с полей вода уносит с собой частицы грунта.

ВСХОДЫ ПОД КОРКОЙ

Всё на свете должно происходить медленно
и неправильно,
чтобы не сумел загордиться человек,
чтобы человек был грустен и растерян.
Венедикт Ерофеев

Корка отражает солнечный свет лучше, чем темная поверхность обработанной почвы. Под коркой почва медленнее прогревается и «созревает», то есть приобретает состояние так называемой физической спелости. Это затягивает сроки посева и других полевых работ.

Кроме того, корка изолирует толщу почвы от проникновения воздуха, растения и почвенные микроорганизмы буквально задыхаются под тонким слоем «штукатурки».

Если корка образовалась после посева, то всходам придется приложить немало усилий, чтобы выбраться к солнечному свету. И это удается не всем, и не всегда.

Относительно легко пробивают корку всходы кукурузы. Но иногда колеоптиль проростка не в состоянии ни найти щель в коре, ни «взломать» ее. Если своевременно прошедший дождь или обработка почвы устраняют преграду, всходы имеют шанс оказаться на поверхности. Если нет – то нет.

Просо и сорго пытаются преодолевать почвенную корку тем же способом, что и кукуруза. Злакам «ломать» уплотненную почву помогает наличие колеоптиля и высокое давление на небольшую площадь.

Гораздо хуже приходится двудольным. Мудреный способ выноса листочков на поверхность, который можно назвать «подъем переворотом», характерный для сои и подсолнечника, делает всходы этих культур очень чувствительными к уплотнению поверхностного слоя почвы.

При попытке проломиться на поверхность они часто травмируют гипокотиль. Если всходы сои или подсолнечника все-таки находят путь через трещины в корке, всходы могут потерять семядоли при попытке «протиснуться» в слишком узкую щель. Такие всходы могут даже выжить, но их развитие будет замедлено: вместе с семядолями молодое растение теряет запас питательных веществ, который должен обеспечить его потребности до начала самостоятельной (автотрофной) жизни. Если уцелела хотя бы одна семядоля, то шансы у травмированного растения есть.

Если при попытке пройти через корку всходы сои повреждают точку роста (расположена между первыми листочками), то растение может компенсировать потерю «руководящего» органа, пробудив боковые почки. Эти «спящие» почки находятся на стебле в месте прикрепления листовой пластинки.

Если растение сои получило повреждение ниже семядолей, то оно погибает.

К счастью, выжившие растения сои могут компенсировать потери численности за счет индивидуального развития. Считается, что при наличии 220-240 тысяч растений при узкорядном, и 180-200 тысяч растений при широкорядном способе посева, можно получить урожай примерно 90% максимального.

С уменьшением густоты стояния до 100 тыс. растений/га перспективы получения высокого урожая резко уменьшаются, особенно при неравномерном выпадении растений. Проплешины обычно сразу же обживаются сорняками.

Существуют немудреные «хитрости», благодаря которым можно получить неплохие всходы даже при наличии корки. Во-первых, при высокой вероятности появления корки (обычное дело на полях с нарушенной структурой почвы, тяжелых суглинках, солонцах) не стоит заделывать семена глубже минимально допустимой глубины. В этом случае у всходов будет больше возможностей «выскочить» на поверхность до того, как поверхность поля «зацементируется».

Во-вторых, слишком ранние сроки посева теплолюбивых яровых культур замедляют появление всходов и увеличивают вероятность того, что до их появления на поверхности почвы успеет сформироваться почвенная корка.

почвы

Для того чтобы успешно «взломать» корку, всходы должны находиться на небольшом расстоянии друг от друга. Объединенные усилия нескольких растений поднимут корку с большей вероятностью, чем попытки одного. Поэтому целесообразно проводить посев пропашных культур на полях, склонных к образованию корки, с широким междурядьем. Густо расположенные в ряду всходы справляются с коркой намного лучше, чем более равномерно распределенные растения узкорядного посева.

Подобный принцип традиционно используют в Африке – несколько семян одной или нескольких культур высевают рядом, буквально в одно отверстие в почве. Это не только компенсирует возможное снижение полевой всхожести, но также хорошо справляется с почвенной коркой.

И, конечно же, самый простой способ «дать свободу» всходам – это разрушить почвенную корку механическим способом.
Но делать это надо своевременно и осторожно, чтобы не нанести ущерб посевам.

ЛОМАТЬ – НЕ СТРОИТЬ

Если две ошибки не принесли результата –
испробуй третью.
Лоренс Питер

Для того чтобы разрушить почвенную корку, можно использовать различные с/х орудия, воздействующие буквально на 2-3 см почвы.

На тех полях, которые еще не засеяны, поверхность почвы можно взрыхлить культиватором, пустой дисковой сеялкой, лущильником, легкой дисковой бороной. А также зубовой, пружинной, цепной (бороной Двуреченского) или ротационной бороной.

Но если на поле уже появились всходы, то задача усложняется. Ведь необходимо не только разрушить уплотнение почвы, но не повредить вегетирующие растения. Или всходы, которые остановились в росте, уткнувшись под землей в почвенную корку.

Воздействие должно быть своевременным и дозированным. Поэтому из приведенного выше списка можно сразу убрать культиваторы, дисковые и тяжелые зубовые бороны.

Приемлемый результат можно получить, используя пустые дисковые сеялки, легкие зубовые и пружинные бороны. А наилучший – ротационные бороны.

Воздействие на поверхность почвы вращающихся металлических колес с зубцами-лопатками буквально сдирает верхний слой почвы, при этом повреждения всходов культурных растений минимальны. Это позволяет использовать ротационные бороны для сплошной обработки полей вегетирующих озимых культур и довсходовой помощи («вслепую») посевам яровых.

почвы

Некоторые яровые культуры (кукуруза, чечевица, нут, соя, подсолнечник) можно обрабатывать ротационной бороной после появления всходов.

Для того чтобы уменьшить количество поврежденных растений, необходимо исключить обработку в наиболее уязвимую фазу роста. Кроме того, желательно проводить обработку не утром, а не раньше полудня. Немного «подвявшие» на солнце растения не такие хрупкие, как рано утром.

Скорость движения агрегата можно регулировать. Для сплошной довсходовой обработки посевов с едва проклюнувшимися семенами вполне подходит максимальная скорость до 17 км/час. Но если проростки уже буквально упираются снизу в почвенную корку, то стоит сбавить скорость до 10-12 км/ч. То же самое справедливо и для рыхления почвы на вегетирующих посевах.

Для сои и подсолнечника наиболее опасна довсходовая фаза – появление петельки гипокотиля. Слишком резко срывающая почвенную корку ротационная борона может просто зацепить и оборвать петлю вместе с семядольными листьями. Поэтому нежелательно беспокоить почву до тех пор, пока растение не сформирует 2-3-й тройчатый листок. То есть как минимум неделю после появления всходов.

А если на поверхности почвы корка? Оптимальный вариант – успеть обработать поле в начальные фазы прорастания семян. Или рисковать, но до того момента, когда петля гипокотиля упрется в почвенную корку.

Проростки кукурузы, сорго и проса менее чувствительны к повреждениям, так как точка роста у злаков находится ниже уровня почвы даже после появления всходов. Вегетирующие посевы кукурузы восстанавливаются даже после сильных повреждений надземной части, если высота растений не превышает 10-12 см (до 4-го листа).

Допустимыми потерями можно считать гибель 2-3% растений, но не более. Если потери превышают 5%, придется работать медленно и «нежно», уменьшая скорость агрегата и глубину обработки.

Эффективность (и безопасность) обработок роторной бороной зависит от типа почвы, ее структуры и влажности. Поэтому, по мере подсыхания поверхностного слоя почвы, необходимо отслеживать состояние всходов и корректировать режим работы.

При переходе на поле с другим типом почвы целесообразно провести тест, чтобы определить количество поврежденных растений.

В результате длительной эксплуатации рабочие органы ротационных борон изнашиваются. Зубья на колесах ротационной мотыги должны быть изогнуты, а на конце должны иметь расширение в виде лопатки (или ложки). Такая конструкция позволяет «черпать» землю с поверхности и отбрасывать ее назад. Если «ложка» изнашивается, эффективность обработки уменьшается.

Также стоит проверить состояние придавливающих пружин и подшипников на колесах ротационной бороны.

Чтобы не «затаптывать» почву, целесообразно использовать трактор – «легковес» на широких шинах. В этом случае повреждения растений и почвы будут минимальными.

почвы

Обработка ротационной мотыгой позволяет, при необходимости, заделать внесенные разбрасывателем удобрения. Это вполне адекватная замена метода Бузницкого, то есть подкормки озимых дисковыми сеялками. Если при посеве кукурузы или подсолнечника не удалось внести достаточное количество минеральных удобрений, ротационная мотыга может использоваться с этой целью (в комплексе с разбрасывателем) и на этих культурах.

Ротационная мотыга уничтожает сорняки, но только в фазе белой ниточки. То есть тогда, когда проростки сорных растений уже достаточно велики, но еще не выбрались на поверхность. Против «зеленых» сорняков, то есть сформировавших надземную часть, ротационная борона работает на порядок хуже.

Для контроля сорняков обработку обычно проводят через 3-5 дней после посева, а затем повторяют через неделю. Но не все сорняки удается уничтожить.

Виды растений, которые прорастают с большой глубины и крепко «держатся» за почву, выживают. Например, овсюг или падалица подсолнечника. Многолетние корневищные и корнеотпрысковые сорняки не уничтожаются и даже не подавляются. Но от мелкосемянных однолетних видов, прорастающих в поверхностном слое почвы (горчица, сурепка, пастушья сумка, марь белая, паслен), с помощью ротационной мотыги избавиться легко.

УКРЫТЬ И НЕ БЕСПОКОИТЬ

На нашем лучезарном небосклоне всегда найдется темное пятно,
и это — наша собственная тень.
Томас Карлейль

Профилактика обычно обходится намного дешевле лечения. А своевременное устранение причины проблемы – дешевле постоянной борьбы с ее последствиями.

Образование корки обусловлено совместным действием нескольких факторов. О негативной роли крупных капель дождя уже упоминалось. К сожалению, превратить буйный ливень во флегматично моросящий «суточный» дождь не в наших силах.

Но вполне возможно уменьшить разрушительный эффект дождевых капель. Во-первых, можно закрыть поверхность почвы слоем растительных остатков. Слой соломы или высокая стерня гасят удары капель и препятствуют разбрасыванию частиц почвы.

Прикрытая соломенным «ковром» почва хорошо поглощает влагу и мало испаряет. К тому же, органическое вещество растительных остатков со временем разлагается, поддерживая жизнь почвенной микробиоты. И способствуя созданию водопрочных агрегатов – частичек почвы, «склеенных» органическими веществами (гломалином – выделениями грибов семейства Glomus и т.д).

Создание и сохранение прочных почвенных агрегатов – необходимое условие профилактики коркообразования. Особенно на почвах тяжелого механического состава с высоким содержанием глины и низким – органики. Именно на таких почвах чаще всего образуется «штукатурка» даже после небольшого дождя.

Органическое вещество может уменьшать взаимодействие воды с неорганическими коллоидами. Органические коллоиды конкурируют с молекулами воды за пространство и поверхность, уменьшая смачивание и набухание. Кроме того, они могут связывать частицы почвы физически или химически, увеличивая прочность агрегатов за счет создания нескольких видов химических связей.

Природные органические полимеры связываются с глинистыми поверхностями катионными мостиками, силами Ван дер Ваальса, водородными связями и гумусовыми комплексами.

Частицы почвы «склеиваются» благодаря действию гуматов (солей гуминовых кислот), гидроксидов железа и алюминия, карбоната кальция. Устойчивую структуру создают гумат кальция, железа и алюминия.

На первых стадиях агрегирования элементарных почвенных частиц их «склеивают» живые микроорганизмы, а также продукты их метаболизма. Бактериальные клетки интенсивно адсорбируются почвенными частицами, образуя микроконгломераты, а наиболее мелкие минеральные частицы, наоборот, могут адсорбироваться на бактериальных клетках.

Микроскопические грибы, обитающие на корнях растений, также упрочняют структуру почвы. А разветвленные нити корней (особенно злаков) выполняют функцию арматуры, удерживая частицы почвы в «сетке».

Гуматы натрия, обладая большой лиофильностью и подвижностью, пептизируют почвенную массу во влажном состоянии, способствуя при высыхании ее слитости и растрескиванию на грубые столбчатые отдельности.

На прочность почвенных агрегатов влияют не только механический состав (наличие частиц глины) и содержание органического вещества. На стабильность структуры почвы катионы влияют в таком порядке:

Al+++ > Fe+++ > Cu++ > Ca++ > Mg++ > K+ > Na+

Преобладание в почве катионов натрия уменьшает притяжение частиц почвы, обусловленное силами Ван дер Ваальса. Поэтому глинистая почва, содержащая соли натрия, «течет» при намокании и быстро теряет структуру.

Для того, чтобы «обезвредить» ионы натрия, на поверхность почвы вносят фосфогипс. Он легко растворяется во время ливней и выделяет ионы Ca++ и SO4 – в почвенный раствор. Почва, насыщенная ионами Ca++, является более стабильной и проницаемой, чем почва, насыщенная ионами Na+.

Внесение фосфогипса заменяет в почвенных коллоидах Na+ на Ca++, что улучшает физические свойства почвы и способствует ее оструктуриванию.

Злейшим «врагом» почвенных агрегатов является механическая обработка почвы. Чем чаще обрабатывается почва, тем хуже ее структура. Как из-за прямого воздействия рабочих органов и колес техники на агрегаты, так и из-за ускорения темпов окисления органического вещества почвы. Частично этот негативный эффект компенсируется регулярным внесением органических удобрений и заделкой сидератов. Но процесс идет, к тому же, обработка открывает поверхность почвы каплям дождя.

почвы

Таким образом, чтобы избежать появления корки и целого «букета» проблем, связанных с этим явлением, необходимо:

  1. Уменьшить механическое воздействие на почву, то есть сократить количество технологических операций.
  2. Сохранять слой растительных остатков – «соломенного щита» против капель дождя на поверхности поля.
  3. Повышать содержание органического вещества в верхнем слое почвы.
  4. Стимулировать почвенную микробиоту (бактерии, грибы), участвующую в создании почвенных агрегатов.
  5. В случае необходимости, внести фосфогипс на поверхность почв с высоким содержанием солей натрия.

Если из этих «пазлов» попытаться составить технологию, то получится … No-Till. И действительно, на полях, где почву «не беспокоят» понапрасну, почвенная корка отсутствует. И со временем улучшается структура почвы.

А что делать тем, кто по каким-то причинам не переходит на No-Till? Максимально долго сохранять растительные остатки, вносить органические удобрения, выращивать сидераты, сокращать количество операций по обработке почвы. И надеяться на ротационную мотыгу – ведь корка все равно будет…

Александр Гончаров