ПРИЛОЖЕНИЕ ОСНОВНОГО ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ПРИНЦИПА ОБРАБОТКИ ПОЧВЫ В ЗЕМЛЕДЕЛИИ

Вся тысячелетняя практика мирового земледелия представляет собой теоретически неосознанное применение этого принципа. На нем основывалась эмпирически установленная и со времен римлян получившая отражение и в литературе необходимость обработки почвы в состоянии физической спелости.

цессов обработки почв вызвали необходимость особенно внимательного отношения к этому состоянию почвы, так как, с одной стороны, обработка спелой почеы требует значительно меньшей затраты энергии, с другой же — механизированная обработка неспелой почвы, вследствие характерного для пес значительно более энергичного и интенсивного воздействия на почву, приводит к более быстрому разрушению последней. Вот почему одним из важнейших условий успеха мастеров высокого урожая было своевременное выполнение операций по обработке почвы и междурядным рыхлениям, которые, как известно, производились ими в очень большом количестве. При этом, указывает Соколов (85, стр. 135), «фактически стахановцы все время создавали псевдоструктуру и вновь восстанавливали ее после быстрого разрушения», понимая под «псевдоструктурой» структуру, созданную обработкой почвы, в отличие от структуры, создаваемой природными процессами.

Какое влияние оказывает влажность почвы при обработке на сопротивление плуга, показывает ряд исследований.

По наблюдениям Пигулевского (79, стр. 463), на глинистом черноземе с максимальной гигроскопичностью 6,8 %г при влажности, близкой к полуторной максимальной гигроскопичности, пашня всегда имела вид глыбистый; что же касается удельного сопротивления продвижению орудия, то если при 15% влажности оно было равно 0,6 кг на 1 см2, при 10% влажности сопротивления меньше 0,8—0,9 кг на 1 см2 получать не удавалось. Буккера и лапы культиваторов давали примерно такую же картину. В связи с этим Пигулевский считает, что «влажность, близкая к полуторной максимальной гигроскопической влажности, есть нижний предел влажности, обусловливающий рациональную механическую почвообработку».

Для характеристики интервала оптимальной влажности обработки Пигулевский приводит кривые зависимости сопротивления черноземной почвы сдвигу и залииания почвы от влажности (рис. 34). Как видим, интервал оптимальной влажности обработки почвы лежит приблизительно на пересечении обеих кривых со сдвигом в сторону большей влажности.

Аналогичную зависимость дает Качинский (58) на примере предкавказского глинистого чернозема. «Оптимальная влаж ность для обработки почвы, — пишет он, — намечается в пре делах 50—60% относительной влажности почвы. Учитывая условия производственной работы, этот интервал можно рж ширить до пределов 30—70%, а в некоторых случаях и до 80% относительной влажности почвы... Липкость почвы, или

б Д. Г Вилсгсlt;ми

способность ее прилипать к соприкасающимся с почвой предметам (в нашем случае — к шлифованной стали), у всех исследованных нами почв проявляется в интервале смоченности, соответствующем 50—70% относительной влажности и выше. Не приставая к поверхностям обрабатывающих орудий при 50—60% относительной влажности, почвенные частички при той же влажности обладают способностью взаимно склеиваться. Это способствует агрегированию почв при обработке при отсутствии залипания поверхностей работающих орудий» (58, стр. 44).

Рис. 34. Зависимость временного сопротивления сдв^г (А) и липкости (В) от влажности почвы. С — О — интервал оптимальной влажности обработки

почвы (по Пигулевскому).

Некрасов, на основании работ Киквадзе (59) и других, приходит к выводу, что «оптимальное удельное сопротивление плуга наблюдается при влажности почвы менее 50% от величины капиллярной влагоемкости с некоторыми колебаниями в ту или другую сторону для разных почв...

При этом Некрасов совершенно правильно отмечает, что подавляющее большинство исследователей при изучении сопротивления плугов, тракторов и пр. не учитывают значения влажности почвы по существу, а только констатируют ее абсолютную величину, полученную в результате полевых исследований, и не увязывают ее с величинами сопротивлений орудий. Отсутствие такой увязки лишает исследователя возможности производить сравнение величины полученного сопротивления с величиной последующего или предыдущего сопротивлений, так как разная абсолютная влажность почвы вызывает различное сопротивление плута. Как указывает Некрасов, «при гигроскопической влажности почвенные частицы находятся в самом близком расстоянии друг от друга и это создает максимальное их сцепление, а отсюда и -потребность в наибольшем усилии для их разъединения... Почвенные частицы, обволакиваемые пленочной водой, находятся весьма близко друг от друга, и для их разъединения требуются значительные усилия. Поэтому почва, находящаяся в состоянии влажности пленочной воды, оказывает большое сопротивление также резанию, сдавливанию и пр. С увеличением капиллярной влажности сопротивление плуга должно уменьшаться. Хотя это явление имеет место в действительности, но с увеличением влаги в почве начинается прилипание почвы к рабочим органам, вследствие чего не только удельное трение почвы о металл, но и почвы о почву немедленно увеличивает сопротивление плуга. Роль гравитационной влаги в сопротивлении почвы вряд ли представляет какой-либо интерес, так как в этой стадии влажности обрабатывать почву вообще нельзя» (73, стр. 61).

Произведя сопоставление сопротивления почвы обработке с формами воды в ней, Некрасов не затронул, однако, важнейшего вопроса о характере воздействия почвообрабатывающих орудий на почву при разном состоянии влажности.

Обработкой почвы при различной влажности достигается различная степень уплотнения образующихся агрегатов и вследствие этого различная их механическая и водоупорная прочность.

Лучшая разделка пахотного слоя при обработке почв в спелом состоянии сопровождалась более значительным накоплением нитратов и меньшим высыханием верхнего слоя почпы. Более мелкая разделка и повышенная влажность спелых вариантов к моменту посева обеспечили более дружные всходы по сравнению с вариантами, обработанными при более высокой влажности. Наибольший урожай получился на спелых вариантах.

«Наименьшая затрата труда и наилучшая разделка почв, обеспечивающая в конечном итоге получение более высокого

урожая, позволяет рекомендовать обработку почв только в спелом состоянии. Глубина зяблевой вспашки должна гоответ- ствовать окультуренной мощности пахотного слоя. При установлении времени и глубины последующих вспашек также должно учитываться состояние спелости почвы» (82, стр 62—66).

Таким образом, Рыжов и Ефимов показали, что обработка почвы при влажности физической спелости не только требует наименьшего тягового усилия, но дает наилучшее крошение почвы с образованием механически прочных и водоупорных агрегатов.

В опытах Рыжова и Ефимова наблюдалось, что величина оптимальной влажности агрегации несколько превышала величину оптимальной влажности обработки почвы.

На основании литературных данных и своих исследований Рыжов и Ефимов дают такое определение физической спелости почв:

«Физическая спелость — такое состояние почвы, при котором: происходит наилучшее крошение почвы без образования крупных глыб и пыли; з этом состоянии нельзя распылить почвы при любом числе обработок; образуются наиболее механически прочныеЩ1 водоупорные агрегаты, причем чем сильнее деформация сжатия при обработке, тем прочнее образуются агрегаты; почва обладает наименьшим удельным сопротивлением и при ес обработке в этом состоянии затрачивается наименьшее количество усилий; создается наиболее благоприятное соотношение между

твердой фазой почвы, водой и воздухом, обеспечивающее наилучшие условия для биологической деятельности почвы и накопления питательных веществ» (82, стр. 46—47              с., курсив

наш — Д. В.).

В результате анализа всего полученного ими материала авторы приходят к выводу, что «влажность пахотного слоя в момент его обработки в отношении создания эффективного плодородия почвы имеет огромнейшее значение.

При вспашке почвы в спелом состоянии, которое характеризуется определенной влажностью (физическая спелость), затрачивается наименьшее количество усилий и создается наилучшая разделка почвы с образованием прочных агрегатов, 84

что обеспечивает оптимальные условия для всех процессов почвы.

. Благоприятные соотношения между твердой фазой, водой и воздухом усиливают проветривание и прогревание почвы, что ведет к более быстрому наступлению биологической спелости почвы.

Благоприятные условия, созданные своевременной обработкой с хорошей разделкой почвы, обеспечивают интенсивные и дружные всходы и в конечном итоге — заметное повышение урожая» (в данных опытах 2—3 ц/га — 5—8% хлопка-сырца) \82, стр. 61).

Влияние боронования физически спелой почвы на ее структуру было исследовано Цыгановым в Омске (94.) Им была произведена летом 1933 г. обработка глинистого чернозема на старозалежном участке следующим образом: одна делянка с двукратной повторностью была вспахана плугом с предплужником, затем проборонована дисковой бороной в четыре следа и зубовой бороной «зиг-заг» в два следа; вторая делянка, также с двукратной повторностью, после вспашки плугом с предплужником, проборонована дисковой бороной gt;в двадцать следов и зубовой в два следа. Так как эта обработка была произведена при влажности, близкой к коэффициенту завядания растений (на глубине 5 см—18%; 10 см—19,1%, 20 см — 20,2%), то она, естественно, вызвала распыление почвы. Весной 1934 г. эта распыленная почва была заборонована при высокой влажности, близкой к полевой влагоемкости почвы (на глубине 5 см — 34,1%; 10 см — 35,9%; 20 см — 35,9%), следующим образом: первая делянка дисковой бороной в два следа и зубовой в два следа; вторая — дисковой в десять следов и зубовой в два следа. Какое изменение структурного состояния распыленной почвы вызвала эта обработка, показывают следующие таблицы (7 и 8).

Таблица 7

Структурный состав почвы (сухое фракционирование на ентах)

Таблица 8

Агрегатный состав почвы (фракционирование в воде по методу Тюлина)

Как видим, простое боронован!® распыленной почвы при влажности, близкой к оптимальной влажности агрегации, не только восстановило структурный состав поверхностного слоя почвы до уровня многолетней залежи, но даже несколько улучшило его по сравнению с залежью. Агрегатный состав боронованием влажной почвы тоже был значительно улучшен: на первой делянке (малое число следов бороны) он дошел почти до уровня необработанной многолетней залежи.

Цыганов на основании описанных опытов пришел к выводу, что «механическое воздействие на недостаточно увлажненную почву при обработке ее, повидимому, приводит только к разрушению агрегатов почвы, обусловливая в конечном счете значительный рост количества пыли в пахотном слое... Обработка почвы в состоянии высокого увлажнения, повидимому, очень близкого к величине нормальной (полевой) влагоемкости Чарльса Шоу и влажности структурообразования Д. Г. Виленского, влечет за собой не столько разрушение имеющихся в почве структурных агрегатов, сколько агрегацию распыленной почвенной массы. Равнодействующая же этих двух процессов приводит в конечном счете к увеличению в обработанной почве комковато-зернистых отдельностей и уменьшению количества пыли» (94, сгр. 70).

По наблюдениям Каспирова в колхозе «Искра» Ленинградской обл. (55) вспашка и боронование при оптимальной влажности предохраняет подзолистую почву от образования корки, в то время как та же почва после вспашки и боронования при недостаточной влажности после первого же дождя дает мощную корку. «На структурных почвах, — указывает он, — как правиле, корка на посевах не образуется в том случае, если структурные агрегаты остаются нераспыленными. При распылении же агрегатов на мелкоземистых почвах корка образуется» (55, стр. 71).

Захваткина на Барыбинской опытной станции ВИУАА под Москвой изучала наряду с обычной предпосевной обработкой почвы также простейшие способы агрегирования подзолистой почвы путем многократного боронования при оптимальной влажности и боронования с предварительным прикатыванием. 'Наибольший эффект в смысле повышения прочности структуры и увеличения урожая дал последний прием, заслуживающий специального изучения. В опытах Захваткиной применение первого приема дало прирост урожая овса (зерно) —51,9%, а второго — 76,9 % (49).

По исследованиям Германовой (28), произведенным лабораторно-полевым и вегетационным методами, «обработка почвы в условиях влажности ^ структурообразования наиболее благоприятствует максимальному действию органических удобрений как фактора прочности структуры; благодаря этому можно создать водоустойчивый агрегат, сохраняющийся с весны до поздней осени, и получить повышенный урожай. Поэтому получение структуры внесением органического удобрения и последующей механической обработкой почвы в условиях влажности структурообразования нужно рассматривать как один из комплексных приемов улучшения физически^ и физико-химических свойств бесструктурных почв» (28, стр. 208). В одном из опытов Германовой на Киевской сельскохозяйственной опытной станции посев на обработанной при влажности агрегации серой лесо-степной почве дал увеличение урожая зерна ячменя на 27% и сахарной свеклы на 10%, при одновременном же внесении торфа — соответственно ячменя на 47% и сахарной свеклы на 38%.

Будакова (7) показала, что агрегирование светлосерой лесо-степной почвы (совхоз Соколово Зарайского района Московской области) в полевых условиях при оптимальной влажности с одновременным внесением торфа и навозной жижи способствует значительному повышению прочности агрегатов. Этим широко пользуются стахановцы-свекловоды, и исследование стахановских участков кормовой свеклы, куда в значительных количествах вносилась навозная жижа, показало, что прочность структуры на них значительно выше, чем обычно на совхозных полях, в том числе и занятых клевером.

Журбицкий (47) применил нашу методику для быстрого оструктуриваиия парниковых почв. Как указывает он, «в результате двухлетней работы было проработано несколько способов быстрого создания почвенной структуры, дающих хорошие результаты. Органическое вещество для обработки почвы получалось из торфа или хорошо разложившегося навоза под воздействием щелочей. Полученный раствор черного вещества разбавлялся таким количеством воды, чтобы при перемешивании его в необходимых количествах с почвой получалась оптимальная для структурообразования влажность почвы (по Вилен скому). Чтобы увеличить прочность получающихся структурных

Н7

агрегатов, в почву вводились коагуляторы. Испытание водопрочное™ полученных агрегатов показало очень большое значение коагуляторов. Комочки исходной почвы совершенно размывались от приливания по каплям 0,4—0,7 см3 воды из бюретки. Чтобы размыть комочки, полученные при обработке почвы органическим веществом, было необходимо прилить 1,0—2,0 см3 воды, а при добавлении коагуляторов прочность возрастала настолько, что для разрушения структуры надо было приливать по 20 см3, а в отдельных случаях более 200 см3. Оструктурен- ная почва резко уменьшала испарение воды с поверхности. Если принять за 100 испарение исходной почвы, то испарение структурной почвы в условиях опыта составляло менее 40°/о. По внешнему виду оструктуренная почва резко отличалась от исходной. После выдерживания почвы в течение вегетационного периода при оптимальном увлажнении исходный суглинок сплывается в общую бесструктурную массу, а обработанная почва сохраняет структуру.... Лучшие варианты структурной почвы в небольших опытах, проведенных в парниках, дали урожаи выше, чем на обычной для парников смеси, состоящей из 1 части дерновой почвы и 2 частей перегноя. Уже по начальному развитию растений салата «Ромен» и огурцов «Неросимые» было видно большое преимущество почвы с искусственной структурой» (стр. 233). Таким образом, указывает Журбицкий, Институтом овощного хозяйства «показана возможность искусственного создания прочной структуры для парниковых почв, обеспечивающей высокие урожаи» (стр. 234).

Представляет большой интерес вопрос о том, как долго может сохраниться подобная структура, полученная обработкой при влажности агрегации, в полевых условиях.

По нашим исследованиям, в 1937 г. агрегаты, полученные перемешиванием при оптимальной влажности агрегации (37%*) выщелоченного чернозема Шатиловской опытной станции, предварительно распыленного, после двухмесячного пребывания в ящиках в поле, когда на их поверхность выпало 91 мм осадков, никаких признаков сплывания и образования корки не обнаруживали.

По исследованиям Будаковой в 1939 г. в совхозе Соколово, местная слабоподзолистая лесо-степная почва после агрегации навозной жижей, произведенной в июле, полностью сохранила структуру и не обнаруживала признаков сплывания и образования корки в конце октября, после осенних дождей, перед тем как итти под снег.

Германовой было произведено специальное исследование прочности агрегатов пылевато-суглинистого мощного чернозема (ст. Голендры, Винницкой обл., гор. 0—20 см), после 4-месячного пребывания в различных условиях увлажнения. Испытанию подвергались агрегаты размером 10—5 мм и 4—1 мм, полученные: 1) путем перемешивания при оптимальной влажности агрегации (26%,) с предварительным распылением почвы

и просеиванием через сито 1 мм; 2) путем перемешивания при оптимальной влажности, но без предварительного распылении, природные агрегаты. Эти агрегаты выдерживались в стеклянных сосудах вегетационного домика в течение 4 месяцев при постоянной влажности 30, 60 и 90% полной влагоемкости почвы и в условиях переменной влажности, менявшейся через каждые 15 дней в такой последовательности: 30, 90, 60, 100 и 30% полной влагоемкости. Опыт был заложен с двукратной повторностью, испарившаяся вода ежедневно доливалась через трубку и с поверхности. Через 4 месяца был произведен агрегатный анализ испытывавшихся образцов в влажном и воздушно-сухом состоянии по методу Саввинова. Результаты анализа приведены в табл. 9.

Таблица 9

Содержание водоустойчивых агрегатов в сухих образцах

(в %)

Как видим, образцы агрегированной почвы, после испытания их в течение 4 месяцев при высокой влажности—-60 и 90% от полной влагоемкости, по содержанию водоустойчивых агре,- гатов превосходили природную почву, содержавшуюся в таких же условиях. Попеременное смачивание и высушивание образцов привело к понижению содержания водоустойчивых агрегатов, но количество их в агрегированной почве после испытания сказалось тоже более высоким, чем в природной почве.

Таким образом, описанными опытами, произведенными п полевых условиях, показано: влажность агрегации почв соответствует тому интервалу влажности, при которой обработка ,почвы дает наилучшие результаты и который объединяется понятием «физическая спелость» почвы; обработка почвы в этом интервале влажности требует наименьшей затраты энергии, так как удельное сопротивление почвы обработке при данной влажности значительно уменьшается, налипание же еще не наступает; вследствие процесса агрегации обработкой в этом интервале влажности почве придается комковатое строение с водоустойчивостью и механической прочностью комков, не уступающими природной структуре той же почвы; таким образом, обработка почвы при влажности агрегации способствует восстановлению структуры: агрегация — основной технологический принцип обработки почвы; в связи с восстановлением структуры и в результате этого общим улучшением водно-воздушного режима и режима питательных веществ обработка почвы при влажности агрегации способствует повышению ее эффективного плодородия и увеличению урожаев; специальные полевые опыты обработки почвы при влажности агрегации показали большую-эффективность этого мероприятия, в особенности при одновременном внесении органических удобрений как в полевых условиях, так и в условиях закрытого грунта; близость оптимальной влажности агрегации к границе прилипания почвы, определяемой чрезвычайно простым способом, облегчает определение в производственных условиях этого очень важного состояния почвы.

Чтобы закончить рассмотрение вопроса о применении принципа агрегации почвы в земледелии, необходимо еще остановиться на отношении структуры, образующейся при механической обработке почвы, к структуре, создаваемой стихийно идущими природными процессами.

Вильямс в своем учении о структуре не вводил каких-либо принципиальных разграничений между этими двумя формами структуры, считая, что и природные почвенные процессы, в частности, происходящие в условиях травопольного севооборота, и обработка почвы в равной степени приводят к созданию комковатой структуры, отличающейся в основном разной степенью прочности. Вильямс также никогда не пользовался теми искусственными подразделениями структуры на «безусловную» и «условную», «истинную» и «ложную» («псевдоструктуру») и т. д., которые пытались ввести некоторые последующие исследователи, несмотря на очевидную метафизичность и необоснованность этих подразделений.

Поэтому вопрос о взаимоотношении структуры, придаваемой почве обработкой, и структуры, образующейся в результате природных процессов, исчерпывающе разрешается учением Вильямса, по которому:

«Придача почве комковатой структуры при возможно малом распылении ее составляет задачу системы обработки почвы.

Зато необходимость восстановления прочности структуры почвы встает перед нами через более редкие промежутки времени, и она составляет задачу системы восстановления плодородия почвы или системы земледелия» (25, стр. 284).

Уже в первой работе о влажности агрегации почв нами

было подчеркнуто, что «возможность создания структурной пашни путем одной лишь обработки не только не устраняет всех других способов улучшения или восстановления почвенной структуры, как-то: обогащение почвы органическим веществом, известкование, культура многолетних траз и т. д., но, наоборот, улучшит и ускорит действие всех этих способов» (24, стр. 57).

В дальнейших работах нами было указано, что было бы, конечно, совсем неправильно делать вывод, что одной только обработкой при влажности агрегации можно повысить прочность структуры, на’пртшер подзолтстш почвы тamp;згй оершема, до прочности чернозема, и потому необходимо заранее предостеречь от такого вывода.

Прочность структуры почв обусловливается в первую очередь содержанием гумуса, механическим составом, в частности содержанием органических и минеральных коллоидов, степенью насыщенности и составом обменных катионов, содержанием солей, в частности углекислого кальция, и рядом других факторов, связанных с природной и культурной историей почвы и в значительной степени зависящих от происходящих в ней биологических процессов. Большую роль в создании прочности играет деятельность корневой системы многолетних трав. Вода в состоянии только мобилизовать перечисленные факторы, а обработка при влажности агрегации усиливает действие воды путем правильного размещения частиц, создающего наилучшие условия их сближения и контакта.

Но, понятно, ни вода, ни обработка не могут заменить перечисленные выше факторы прочности. Поэтому обработкой почвы при влажности агрегации можно довести структуру только до того состояния прочности, на которое она способна по содержанию в почве обусловливающих прочность веществ, если они не уничтожены, а лишь рассеяны, распылены, но обработкой почвы нельзя создать прочную структуру, если почва лишена необходимых для этого факторов. Поэтому «было бы совсем неправильно данный прием ставить в один ряд с такими основными способами улучшения структурного состояния почвы, как травопольный севооборот, внесение органических удобрений, известкование подзолистых почв и т. д., или тем более противопоставлять им. Этот прием может не заменить, а лишь дополнить перечисленные способы в целях ускорения их действия и повышения эффективности» (20, стр. 1371—72).

Таким образом, использование агрегации, как основного технологического принципа механической обработки почвы, должно не заменить действие природных почвенных процессов, а дополнить их в целях ускорения их действия и повышения эффективности. Как учит нас В. И. Ленин, «и в индустрии и в и'мледелии человек может только пользоваться действием сил природы, если он познал их действие, и облегчать себе это пользование посредством машин, орудий и т. п.» (67, стр. 182)

Свойство агрегации частиц является одним из природных

•и

свойств почвы, как дисперсной системы, и задачей механической обработки является правильное использование этого свойства в целях повышения почвенного плодородия.

Но знание процесса агрегации, как основного технологического принципа механической обработки почвы, необходимо не только для правильного определения физической спелости и допустимых сроков обработки почвы, а также и для правильного конструирования рабочих органов почвообрабатывающих машин и орудий. Поэтому основной технологический принцип обработки почвы должен найти приложение не только в агротехнике, но и в области механизации земледелия.