Бесплатный автореферат и диссертация по сельскому хозяйству на тему

Структура почвы в земледелии (способы агрономической оценки, механизмы формирования, факторы изменения и оптимизации)

ВАК РФ 06.01.03, Агропочвоведение и агрофизика

Автореферат диссертации по теме "Структура почвы в земледелии (способы агрономической оценки, механизмы формирования, факторы изменения и оптимизации)"

л£2 60дч

ГОСАГРОПРОМ СССР

ЛЕНИНГРАДСКИЙ ОРДЕНА ТРУДОВОГО КРАСНОГО ЗНАМЕНИ ^ СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННЫЙ ИНСТИТУТ

На правах рукописи

УДК 6Э1.432.1'2+2Г34—631.44.3

сорочкин

Вячеслав Максимович

СТРУКТУРА ПОЧВЫ В ЗЕМЛЕДЕЛИИ (СПОСОБЫ АГРОНОМИЧЕСКОЙ ОЦЕНКИ, МЕХАНИЗМЫ ФОРМИРОВАНИЯ, ФАКТОРЫ ИЗМЕНЕНИЯ И ОПТИМИЗАЦИИ)

Специальность 06.01.03— Почвоведение

Автореферат диссертации иа соискание ученой степени доктора сельскохозяйственных наук

Ленинград — Пушкин — 1989

Работа выполнена в ордена Трудового Красного Знамени Почвенном институте им. В. В. Докучаева

Официальный оппоненты:

член-корреспондент ВАОХНИЛ, доктор технических наук, профессор С. В. Нерпин,

доктор биологически наук Л. О. Карпачевский,

доктор сельскохозяйственных наук, профессор И. Н. Донских.

Ведущее учреждение — Уафаяновдб научно-исследовательский .институт почвоведения 'И агрохимии им. А. Н. Соколовского.

Защита состоится « » 1989 г. в 1)3 ч. 30 мин.

на заседании Специализированного ученого Совета Д120.37.02 по защите диссертации ва соискание ученой степени доктора наук при Ленинградском ордеш Трудового Красного Знамени сельстхозяйствеином институте по адресу: 189620, Ленинград — Пушкин, Ленинградское шоссе, 2, конференц-зал.

С диссертацией можно ознакомиться .в библиотеке Лешгаградскаго с.-х. института.

Автореферат разослан « » 1989 г.

Ученый секретарь Специализиройайнюго Совета, доктор сельскохозяйственных наук

И. П. ЛЕПКОВИЧ

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы.В свете решений ХХУ11 съезда ИКС и Постановления ЦК ИК31! и Совета Министров СССР от 9 июля 1987г. "О совершенствовании научного обеспечения развития агропромышленного комплекса страны" важнейшее значение приобретает наука о структуре почв и методах ее эффективного регулирования в земледелия.

Структура почвы определяет уровень "физического"плодородия почв, поэтому ее регулирование является целью многих важных трудо- ' емких и энергоемких технологических операций в системах земледелия. Структура почвы определяет стойкость почвы к эрозии и дефляции и является важным элементом в проблеме сохранения культурных ландшафтов.

В современных условиях к всегда существовавшей задаче оптимизации структуры малогумусных почв - дерново-подзолистых, серых ле~ сных-добавилась проблема защити высоко гумусных почв-черноземов, темно-серых лесных, темно-каштановых-от агрофизической деградации, снижающей их плодородие и затрудняющей технологию выращивания культур.

Эффективное решение проблем оптимизации структуры почв в агрономических целях требует знания механизмов ее преобразования в системах земледелия. Агрономические свойства и оценка почвенных структур на макроуровне определяются состоянием агрегированности почвенного материала, выражающемся в размерах и свойствах преобладающих почвенных агрегатов. Однако эти качества структуры почви являются функцией состава и свойств структурных элементов на микроуровне, их взаимодействий, характеризуемых определенными структурными связями. Поэтому изучение и раскрытие механизмов формирования почвенных структур во взаимосвязи структурных элементов на макро-и микроуровнях, способов агрооценки структур, методов их оптимизации в агрономических целях весьма актуально в теоретическом и практическом отношении.

Цели и задачи работы.Основной целью проведенного исследования явилось установление физических закономерностей формирования почвенных структур как дисперсных систем, имея з виду необходимость адекватных агрономических оценок и методов эффективной оптимизации в интенсивном земледелии. В связи с этим в работе поставлено решение следующих задач.

1. Установление связи мезду характером сельскохозяйственного

использования почв, изменением агрономических качеств их структур! и эффективным плодородием в системах земледелия.

2. Разработка приемов агротехнического воздействия на структуру дерново-подзолистых почв для ее оптимизации и повышения эффективного плодородия.

3. Исследование зависимости качества почвенной макроструктуры от организации почвенной массы на микроуровне с выявлением действующих механизмов Формирования агрономических качеств структуры почв.

4. Разработка элективных и доступных методов исследования состояния микроструктур почвы для оценки агрономических качеств ее.

5. Установление допустимых нормативов внешних воздействий / давление ходовых систем, интенсивность дождя/ в зависимости от аг> рономического состояния структуры почв.

Научная новизна. Впервые процесс окультуривания дерново-подзолистых почв и явление физической деградации черноземных почв выражены через агрономические формы /типы/ структуры пахотного слоя на основе критериев, связанных с эффективным плодородием их. В многолетних экспериментах дана оценка скорости перехода структуры " почв из одной агрономической формы в другую, впервые показана связь агрономического качества структуры почв с характеристиками и показателями их микростроения, определяемого типом контактов и структурных связей. Это позволило объяснить Физическую причину частой неэффективности в агрооценке структуры почв существующих ме-■ топов макроагрегатного и микроагрегатного анализов.

Агрономические Формы почвенных структур "пронормированы" как через структурные показатели мнкростроения почвы в целом - объем и давление набухания, пределы усадки, величину реологических пара-.метров так и составляющей ее твердой фазы -"внешнюю" удельную поверхность.

Выявлены различия в вещественном составе гумуса агрономических Форм структуры дерново-подзолистых и черноземных почв, определяемые характером систем земледелия, а конкретно - оборотом и балансом органического вещества в пахотном слое.

Разработаны и доведены до уровня изобретений метода агрооцен-ки почвенных структур по показателям внешней удельной поверхности набухания-усадки и вискозиметрии. Разработаны простые и эфТектив-ние уоди^икации приборов по изучению кинетики объема, влажности и давления набухания.

Установлено изменение прочностных свойств почв в зависимости » форм аг-роношгчвсйэй структуры. Оценена роль механических воздевай на характер связи между элементами структура шчв.

Установлены количественные оценки связи между отдельными мак-»структуршаи показателями пахотного слоя и урожаем сельскохозяйственных культур. Получены оценки связи между отдельными показате-(ями макроструктуры пахотного слоя различных почв для цалай агроо-деяхж ваши в целой.

Практическое значение работа и-тда^уипрщ ууп^Т"*™-^асхрытие ЗмзнческоЯ сущности к механизмов окультуривания и деградации структуры дерново-подзолист их ж чернозашнх шчв служит ос-аово! дня оценки систем земледелия в целом ж отдельных элементов ■х, как-то: чистых паров, рнводиых полей, приемэв минималкзации обработки папни, позволяет эффектно ремагь проблемы агрооцеякх ж бонитировки почв, мер по повышению их плодородия /Сорочхан, 1980, 1984в. 1985б,г, 19866.В, 1987/.

Разработана система методов оценки структур почвы в агрономических целях, отличавшаяся оперативностью, простотой, надежностью и основанная на устанаалевнжх зависимостях агрономических форм структуры от тжпа контактов и структурных связей на микроуровне / Сорочкин,1985а, 1986г; Сорочкня ж др.. 1983, 1986/.

Предложен вариант классификации агрономических форм структуры дервово-поязолистых, серых лесных к черноземных почв.

Установлены прочностные свойства шчв различного типа и оку-льтуренностж, послужжвиио материалам для разработки "Временных рекомендация по ограничению уровня воздаЯствия движителей"..., 19В5. ГОСТов ** 26953-86, ¿26954-86, 26955-86 на сельскохозяйственную технику.

Установлены допустимые параметры искусственного дождя для различных почв и различных способов подачи дождя, внедренные на площади 55 тыс. га.

Результаты многолетних опытов на дерново-подзолистых почвах использованы при разработки рекомендация по ведени» земледелия в Озере ком районе Московской области.

Р&зработкя автора то структуре пахотных шчв, к его дам ее анализа используются в учебных курсах "Почвоведение" ж "Земледелие" в Харьковском и Горько веком сельскохозяйственных институтах.

Методы агрооцеяки структуры почв по авторота! свидетельствам И 1226309, 1237109, 1298193 используются "Волговятгипрозиюм" при оценке земель колхозов и.совхозов в регионе.

На защиту выносятся следующие положение.

1. Теоретико-экспериментальное обоснование нового перспективного научного направления - физико-химической механики почвенных структур. Для него характерна высокая актуальность, обусловленная тем, что становится возможным раскрыть Физическую сущность процессов и механизмов структурообразования почв, проявляющихся в явлен: ях окультуривания и деградации почв при их сельскохозяйственном и пользовании.

2. Способы оценки агрономических качеств структуры почв с це лью их классификации и разработки систем агротехнических мер по повышению их плодородия.

3. Экспериментально установленные зависимости прочностных свойств почвенных структур от их агрономической формы, связанной с типами структурных связей в микро-, макроагрегатах.

4. Обоснование допустимых параметров - интенсивность и пери< личность подачи - искусственного дождя в оросительных системах д различных почв.

5. Агротехническое обоснование рационального уровня окультуривания дерново-подзолистых почв в интенсивных системах земледел

Апробация работы. Результаты исследований докладывались и о< суждались на 23 научных и научно-практических конференциях и сов щаниях, в том числе на всесоюзном совещании 1977г. по теме "Улуч шение водно-физических свойств почв..."в Харькове; У1 съезде поч воведов 1981 г.в Тбилиси; 1-ой межвузовской конференции в Тюмени • "Современные методы исследований...", 1984: всесоюзных совещания в Москве, 1981, Ровно, 1985; всесоюзных конференциях в МХУ, 1984 я ЛГУ, 1986; республиканских и региональных конференциях в Волги граде, 1974, Кишиневе, 1983, Горьком, 1980, 1982, 1987, Одессе, 1986;. на подкомиссии ВОП "Физико-механические свойства и плодорс Дие почв" - в апреле и декабре 1986г..Ученом Совете Почвенного ; ститута им, В.В.Докучаева в 1988г., международной конференции "Агромелио-88", Нитра.ЧССР, 1988 и др.

Публикации. Автором опубликовано более 70 печатных работ, ] том числе по материалам диссертации более 55 работ. Основные по. жения диссертации отражены в 50 публикациях.

Структура и объе^ работы. Диссертация состоит из введения, глав и выводов. Работа включает 306 с. машинописного текста, 40 рисунков и 124 таблицы. Список литературы состоит из 458 назван

в том числе 27 иностранных. Приложвниа к диссертации состоит из 50 с. таблиц и рисунков.

Экспериментальные материалы получены автором при выполнении плановой тематики в Почвенном институте им. В.В.Докучаева, Всесоюзном институте механизации и техники полива и на Костромской ДОС ШШМ.

Автор выражает благодарность руководству Почвенного института в лице директора, члена-корреспондента ВАСХВДЛ, профессора Л.Л. Шитова, за предоставленные благоприятные возможности в выполнении настоящей работы.

Автор признателен коллегами товарищам, оказывавшим в разное время содействие а сотрудничавшим в выполнении экспериментальных работ, Л.С.Ковалеву, С.И.Соколовой, И.М.Тимошенко, В.Н.Шептухову, Т.А.Новнковой, З.В.Андреевой, Л.Н.Зацепиной, Е.В.Кучеряевой, Л.П. Орловой, Г.Ф.Шуклину.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

1. Развитие научных представлений о структуре почвы

Корифеи почвенной науки /Докучаев, 1983, 1986; Костычев,1949, 1951; Вильяме, 1902, 1918/ рассматривали структуру как физическое строение "материи" почвы, определяющее при данном химическом, минералогическом и гранулометрическом составе физические и агрономические свойства почвы. В дальнейшем возобладало представление о структуре почв как о совокупности агрегатов определенной величины, формы, свойств и т.д. /Качинский,1963/. Механизмам формирования водопрочных агрегатов уделялось пристальное внимание в течение длительного периода /Антипов-Каратаев,Келлерман,Хан, 1949; Вершинин, 1958; Хан, 1969 и др./. Делались многократные попытки заменить или усовершенствовать методику Н.И.Саввинова по структурному анализу почвы /Тюлкн, 1936; Долгов, 1966, 1973; Вершинин, 1958; Ревут, 1960; Качинский, 1963; Рыжов, 1968; Францесон, 1963 и др./. Однако характеристики состава и качества почвенных агрегатов очень часто не коррелировали с элективным плодородием самих почв /Ревут, 1968; Рыжов, 1968; Иванов, 1969; Францесон, 1963; Левин, 1972; Ротини, 1970; Деянг, 1967; Лекер, 1971 и др./. Поэтому до сих пор в системе почвенных служб по технологическому обеспечению земледелия аг-рооценка почвенной структуры представлена наиболее слабо. Отсутствует классификация почвенных структур для агрономических целей.

В последние годы произошел возврат к понятию структуры почвы как многоуровенной иерархической системы организации почвенной ма-

-а-

ссы /Розанов, 1983; Но ронян, 1974/. В агрофизической отношении почвы стаях характеризовать составом, качеством, взаиморасположением агрегатов ш плотностью почвенных слоев /Ревут, 1968; Надоедав, 1983 и др./. Но статическая характеристика структуры пахотных почв недостаточна для отражения аффективного плодородия. т.к. диапазон цинакахи в период вегетации растения пожат бить различен. Ыногок-ратвое измерение названных показателе! иохат улучгигь агрооцеяжу структуры в практических целях, но механвзмы, лежащие в остове структурных преобразована!, останутся нераскрытыми. Позтоцу почвенная структура в агрономических целях должна характеризоваться ив только составом, качествам ж взаиморасположением структурных элементов, но * юс взаимодействием, т.е. структурный связями. В табл.1 по литературным данным приставлены уровня организации, структурные ал ем ami и структурные показатели, шехщив наиболее существенное значение при агрооцвшш почвенных структур. ГЬризон-тныЗ и макроагрегатныЯ уровни объединяются в агрономические уровень.

2. Объекты ж методика исслодопаний

Исследовалась структура целинных ж заиладельчвеки используемых почв: дернаво-водэолистых Московской и Костромской областей, серых лесных к выдаиоченных черноземов ГЬрьковско! области, пжных черноземов к каштановых почв в Саратовской и Волгоградской областях. На дерново-подзолистых, серых лесных и черноземных почвах тяжелого механического состава исследовалось изменение- структуры пахотного и подпахотного слоев в различных системах земледелия, физическая сущность окультуривания а деградации структуры в их связи с плодородней, взааиог.нязь структурных показателен - плотности агрегатного состава, водопрочностн агрегатов, гуь-усированностн и влажности. С этой целью било проведено 4 многолетних опыта "общей продолжительность*) 23 лет, в течение 8 лет проводились наблюдения на 10 постоянных "кквчевых" участках в зоне лесостепи. Устанавякв ' лись классификационные нормативы выделяемых агрономических Форм структуры почв. Устанавливались прочностные свойства почвенных го ризонтов в связи с содержанием ryiryca и агрономической формой их структура.

На дерново-тязолистых почвах, обыкновенных и пжных черноземах, темно-калггановых, каатановых я светло-каэтановых почвах исследовалось поведшие структуры пахотного слоя в естественной лапа мике шдротермачесжих условий и при наложения на нее Фактора аск> сственного дождевания. Эокопрошщаеадэсть почв связывалась с струг

Соотношение структурах элементов а показателей аа разных уровнях организации почвенной массы

Уровни организации

Структурные элементы

Структурные показатели, характеризующие

состав и форму структурных элементов

структурные связи

Способ использования при агрооцвяка ст "статута

Горизонт-ный

Агрегата

Микроагрвгазм .

Зерна Поры

Влага

Органическое ведество.корни

1.Пористоск> по формам

2. Состав агрегатов та гранулометрический оостаз

3.Гумус .растительные я др. 'органические остатки

4.Влажность до категориям (юотааы)

Прочность аа сдвиг, сжатие, пенеграцию. Сопротивление обработке

Водопроницаемость

По динамике в сезонной цикла

А,

I

Цакроагре- Иихроагрегаты I,Состав,форыа и порядковость гатный Зерна«лолуагрега- агрегатов; зерна и алазш

га,неагрегирован-2.Содераааие гумуса а органи-ная плазма,гумус, ческих веществ но группам, растительные оо- типам и фордам

3. Пористость по фермам

4. Влажность по катбгошям

татки Поры.'Влага

Ывханнческая прочность

Водоустойчивость Удельная поверхность по и Н^

Разовые в периодические определения

Иш:ро агрегатный

Частицы. Гумус Поры. Влага

¡,'еханиче ский ,мине ралогиче скил и химический состав; формы и типы пористости; гумус по типам в дорыам

Набух аеыооть.Усадка Вязкость.Пластичность. Удельная поверхность

По дизашке и кинетике свойств в модельных опытах с естественными и растертыми пробами Состав по разовым определениям

турными показателями почв и состоянием их поверхности перед поливом. Устанавливалась допустимая интенсивность дождя применительно р различным способам дождевания.

Для анализа и выводов описано, исследовано и использовано 65 разрезов дерново-подзолистых почв, 15 - серых лесных, 31 - выщелоченных и оподзоленных черноземов, 12 - обыкновенных и южных черноземов,31 - каштановых почв.

Физическая и агрохимическая характеристика почв опытных участков и стационаров в связи с агрономическими формами структуры дана в табл. 2.

Все использованные в работе методы исследования макрострукту-рного состояния почв относятся к общепринятым /Долгов, 1966; Качи-нский, 1953; Вадюнина и Корчагина, 1973/. Модификации мокрых рассевов - Саввинова, АФИ, Долгова - сравнивались с целью выбора адекватной.

Структурные показатели на микроагрегатном уровне /удельная поверхность, набухаемость, усадка, вязкость и др./ получены не только на стандартных приборах, но также модернизированных или изобретенных автором. При этом разработано 6 методик агрооценки почвенных структур, на 4 из которых получены авторские свидетельства.

Повторности определений применялись для получения точности не менее 5-10% при 95% вероятности.

Математическая обработка экспериментального материала проведена с использованием стандартных программ корреляционно-регрессионного методов /Бейли, 1962; Рожков, 1973/ и информационно-логического /Пузаченко и Мошкин, 1969/ на ЭВМ "Наври", Минск-22, ЕС-1022, а также с использованием программируемого калькулятора МК-46. Полевые опыты проведены с соблюдением правил и требований стандартной методики /Доспехов, 1965/ при оптимальных агротехнических сроках я качестве.

3. Почвенная структура на агрономическом уровне организации: формы проявления и способы оценки

Рассмотрено значение плотности пахотного и подпахотного слоя почвы как Фактора плодородия и агрооценки структуры. Плотность почвы опосредуется через объем и характер пористости, это определяет водно-воздушные отношения в почве, в том числе количество подвижной влаги и пористость аэрации. На примере почв различного типа, механического состава и окультуренности показана практически функциональная связь водно-воздушных свойств пахотного слоя с его плотностью.

таблица ¿.

Характеристика гумусных горизонтов почв опытных участков и стационаров

Название № разреза.Форма Механический Микроагрегат-Удельная Динамика Гумус, почвы горизонт струк-состав, % ный состав,> поверль -¿¿отно- глыби- % х^ЦЦ 1" "

стости

рН Са^Й Подвитые -

о О П V п

<0,001 <0,01 <0,001 <0,01 н^ % ур/г г/с»«3 % . 4 0 ¿Г мг-эк мг/ЮОг

Дерново- 233 1 14 40 1 20. 78 6 1,0-1,4 35-65 1,9 4,6 13 10 8

подзолис-

тая " П 2 ' Я * Я .80 14 1 -1,25 17-30 1,9 6,5 13 12 12

Серые 66 - ** 1 ' 24 49 1 24 53 6 1 -1,5 24-70 2,8 5,4 23 20 14 Д.

лесные 67 * 3 23 50 1 8 104 8 0,9-1,0 5-15 10,0 6,2 62 135 42 Т

Выдало- 2 .1 38 ,57 3 1& 110 14 1 -1,45 25-72 7,8 6 г2 46 22 25

ченшэ 58 • 2 32 ( 57 1 18 123 15 1 -1,27 17-56 8,0 6,2 45 14 25

черно- 50 * 3 37 56 2 15 109 30 1 -1,20 10-20 7,7 6,3 45 18 22

земы - 7,7 10

2.58,50 А^ "круша" 36 55 3 15 112 25 1 -1,3 5-14 6,3 45 20

Примечания: Форш структуры 1 - неудовлетворительная или деградированная, 2 - удовлетворительная,

. 3 - оптимальная;

рН - в дерново-подзолистых почвах солевой, в серых лесных и черноземах - водный ' на сракаеокультуренной дерново-подзолистой почве с опыта З.А.Прохоровой

Равноввсная плотность пахотного слоя дерново-подзолистых почв, являющаяся важным критерие оценки их "физической" окультуре-нности /Форш структуры/, определяется содержанием гумуса и механическим составом - это показано на большом экспериментальном материале автора.

Агрономические формы структуры дерново-подзолистых почв выде-делены на основе сезонной динамики структурных показателей и урожайности выращиваемых сельскохозяйственных культур. Оптимальная форма /высокая окультуренность/ характеризуется отсутствием сезонной пульсации плотности и агрегатного состава /Кук, 1970; Кузнецова, 1976/. Она характерна для прифермских и приусадебных участков и позволяет получение максимально возможного урожая при минимали-эации системы обработки почвы. Создание такой структуры требует внесения высоких и экономически неоправданных доз органических удобрений. Средняя /удовлетворительная/ форма структуры позволяет получение урожаев 2-го планируемого уровня /45 ц/га зерна/ при оптимизации всех элементов земледельческой системы. При условии насыщенности почвенной плазмы - частицы менее 5 мкм - гумусом на уровне 7% такая Форма структуры достигается в течение одной 7-8 польной ротации севооборота с положительным балансом гумуса -табл. 3. Для неудовлетворительной формы структура характерна высокая сезонная пульсация плотности- и агрегатного состава пахотного слоя. Применение минеральных удобрений и рациональной обработки паши позволяет достичь на земля* о такой структурой лишь урожаев 1-го планируемого уровня /до 30 ц/га зерна/. Большинство земель полевых севооборотов в нечерноземном центре характеризуются неудовлетворительной формой структуры пахотного слоя при средней и даже высокой насыщенности минеральными удобрениями. В табл.3 такая структура почвы была до начала опыта. -

Опытом установлено, что 77-88% урожая яровых культур определяется учитываемыми аналитическими показателями, из которых на плот-'ность и содержание гумуса приходилось половина влияния - табл.4. Показатели структурного состава и водопрочности агрегатов, определявшиеся в те же сроки, что и плотность, оказались неинТхэрматяв-ными. Объясняется это высокой динамичностью состава агрегатов, определяемого рассевом на ситах, нескоррелированностыо показателя по срокам. Показатель же водопрочности больше связан'с теми качествами почвенных комков, которые имеют отрицательное агрономическое значение - низкой пористостью и переходным типом структурных связей.

" Изменение урожайности, поступления в пахотный слой органических остатков и структурных показателей при окультуривании дерново-подзолистой почвы - разрез & 233

Урожайность, Послеубороч- Гумус по Тюрину,% Равновесная Водопрочные Год Культура цда ныа остатки, плотность, г/см3 агрегаты >0,25мм,2

_ц/га орган- _;_

_Варианты удобрений_

.1

Л

л

X.

1975 овес 7,0 б/у 13,9 2,0 ' 1,4 •19-44

1978 озимая пшеница 24,1 38,6 37,4 1,78 1,94 1,40. 1,33 40 37 .

1979 ячмень 37,0 60,0 42,5 1,92 1,80 1,36 1,30 42 32

1980 мешанка 52,4 51,9 27,8 1,70 1,72 1,38 1,32 32 41

1981 яровая пшеница 18,8 22,5 34,4 . 1,71 1,86 1,42 1,35 32 33

1982 ячмень + травы 42,2 43,5 34,4 .1,64 1,39 1,26 30 26

1983 травы 108 101 61,6 . 1,74 1,83 1,35 1,26 41 44

1984 л 228 - зеленая масса • 43,1 1,92 1,98 1,32 1,22 41 44 '

1985 озимая пшеница 49,5 56,3 45,5 1,86 ±;ээ 1,30 1,27 36 35

*

Примечания Удобрительный Фон: 1- ШЗ Р60 К60, 2 - то же + навоз 8 т/га в год; Точность опыта по урожайности-5,8 Число повторностей при агрегатном анализе в среднем 65 в год на вариант удобрений

Тайлица 4

Связь эффективного плодородия дерново-подзолистой почвы о структурными показателями

Опыт

Год

Корреляция свойств почвы с урожаем Датермина-

ция урожая

х5 х4 х2 х3 дейотвием

слой почвы 2-х факто-

Ап АВ Ап ров

Истри- 1975 -0,60

нский 1976 -0,69

Зеле- 1978 -0,31

ногра- 1979 -0,68

дский 1980 -0,73

1981 0,0

1982 -0,43

0+ +2

0,18 0,0

+2

0,40

0,60

+2

0,25- 0,0 0,52 0,0 0,0

0,16-

+2

0,12- 1,00 0,0 -0,10+2 +2 0,34 - 0,25.0,0

+2

0,52 0,66 0,31 0,59 0,53 1,00 0,43

Среднее (без 1981)

0,50

Х^ - плотнооть;

Х2 - содержание гумуса;

Хд - структурный состав по оухому рассеву;

Х4 - влажность;

Хц - содержание водопрочных агрегатов крупнев 0,25; +) - действительно для вероятности 0,90, остальные - 0,95; +2) - статио-тического значения не имеют; Прочерк означает очевидное (без расчета) отсутствие корреляции

Агрономичеокиа *3юрмы отруктурн черноземов выделены на основе характера пульсации структурных показателей (плотность, агрегатный состав) пахотного слоя под зерновыми культурами в вегетационном периода. Отсутствие пульоации свойств - оптимальная структура, предельно высокая пульсация (по плотнооти - до 1,5 г/см3, по глыбистости - до 80-100$) - а£рофизичеоки деградированная структура; промежуточный 'вариант удовлетворительной структуры характерен выоокой пульсацией агрегатного состава (до 80$ глыбистой фракции) при умеренной плотности (до 1,25 ^/см3)'. ■ '

В высокогуыусных лесостепных и степных почвах (обыкновенных, выщелоченных и оподзоланных черноземах,темио-сйрых лесных) структура верхних перегнойных горизонтов может быть элективно охарактеризована двумя линиями связи: "влажность - плотность" и "плотность - глыбистость", При этом низкие коэффициенты связи будут указанием на агрономическую оптимальность структуры пахотного слоя, а высокие - на деградацию ее. Общее содержание гумуса не влияет на агрономическое качество структура черноземные почв. Водопрочность агрегатов не являетйя фактором, влияющим на плотность сложения исследованных почв. В серых лаоных почвах' плотность пахотного слоя является функцией содержания гумуса (как в дерново-подзолистых) и функцией влажности (как в черноземах о деградированной структурой.. '

Мнкроагрегатяай анализ, предложенный,в частности,для оценки "потенциальной способности почв к острухтуриванию" (Качинс-кий, 1958; Воронин, 1986), в анализа агрономических фо£м структуры дерново-подзолистых и черноземных почв практического результата не дал. Объяснение этого факта сострит в неудовлетворительности методики анализа, т.к, псевдоконденсациошше агрегаты не размокают за 1-2 суток, и анализам фиксируется та дио-персность, которая создается лабораторной подготовкой проб. Подробно это исследуется в 4-ой глава.

4. Почвенная структура на микроагрегатном уровне ее организация

4,1. В трудах Ребивдера (1979) и его многочисленных учеников и последователей (Щукин, 1985; Амелина, 1985; Михайлов, 1979; Соломченко, Серб-Сер^ина, 1966; Бартенев, Ермилова, 15С6 и др.) показано, что структурообразование в дисперсных мате-

риалах, к каковым относятся и почвы, является результатом контактных взаимодействий между частицами, зависящим от степени дисперсности их и свойств мекфазной границы раздела. Вследствие этого, между структурными элементами возникают структурные связи, проявляющиеоя через физические и структурно-механические свойства: прочность, упругость, пластичность, вязкость, тикоо-троднооть, набухаемость, уоадку и т.д. Потеря жидкой фазы ведет к развитию контактов между частицами - коагуляционннх, точечных (промежуточных) или фазовых (коцценсационно-криоталлиза-ционных), влияя на величину удельной поверхности, объем и характер пористости почвы. В обратном процессе увлажнения почвы преобладающий тип контакта определяет объем и скорость набухания, пластичность, вязкость и т.д. Следовательно, структурные связи составляют основу механизмов структурообразоваяия, проявляющихся в условиях изменения фазовых равновесий, создания и разрушения контактов меаду структурными элементами,

4.2. Измерение удельной поверхности. как метод, позволяет оценивать степень сконденсированности механических элементов и микроагрегатов, а при снятии изотермы адсорбции - десорбции -распределение пористости в агрегатах. В высокбгуцусных лесостепных почвах качество макроструктур (агрономических форд структуры) выражается через динамику удельной поверхности агрегатов, отношение агрегатов к фракций механического сос-

тава, составляющих эти агрегаты, характер и распределение пористости в агрегатах - табл.5. Сравнение агрономических форм оптимально!! (р.К 50 и деградированной (р.й 2) структур выщелоченного чернозема показало стабильность и высокое отношение

/ 0 , равное 25-30$ в первой и динамичность - во второй при снижении 5*4- / £>йг.О до В-1С$. Сравнение ■ внешней удельной поверхности агрегатов с суммарной поверхностью механических фракций, на которые они разлагаются, показало в деградированной форма структуры их равенство. В агрономически не оптимальной форма структуры агрегата в 1,4-2 раза

превышает сумцу поверхностей элементарных частиц. Этот факт свидетельствует о наличии процесса "конденсации" механических элементарных частиц и кшсроагрегатов в такроагрегагах чернозема при его физической деградации. Естественно, чем выше конденсация, тем сильнее проявляется деградация структуры. В диссертаци]

Внешняя удельная поверхность ( ) и пористость (Д?) агрегатов выщелоченного чернозема в зависимости от ' агрономической формы его структуры

Ш разрезов, горизонты, слои, см

Показатели 2 50

AJI А1 0-J5 15-30 30-45 Ац Ап 0-20 20-30 А1 • 30-46

Агрономическая шорма структуры. Ввд агрегат-ности Неудовле твори-Подпа-тельная (да- хотная градированная) "круп-трещиновато- ка" глыбистая Оптимальная, комковатая Подпахотная "крупка"

ftmaMUKa за от 8 от 8 25-32 21-22 21-22 20-25 Э77-1984Г.Г.Д0 22 до 22

Измеренная

в агрегатах 13,6 13,4 25,1 21,8 25,4 24,0 3-х мм . , .

Вычислена по

фракциям т- 12,7 14,5 17,1 15,2 13,6 15,7 ханического состава

Трещины 5,1 6,2 0 0 0 0

ц Макропоры 21,4 18,5 28,9 26 „7 не изм. 29,0

о/ Ыез опоры (15-150 Я) 6,3 6,3 7,2 9,2 7,0

Микропори (<15 8) 19,2 19,2 15,4 19,7 _11 15,0

это положение подтверждено в лабораторных опытах с механическим разрушением структур (растирание или прессование при увлажнении) о последующим набуханием, высушиванием и измерением

. Снятие полных изотерм адсорбции - десорбции азота показало, что при деградации структуры чернозем более всего уменьшается объем мизопор (15-150 Я) в агрегатах, к тому же различающихся по размерам во много раз.

В дерново-подзолиотых почвах улучшение структуры, т.е. "физическое" окультуривание, ведет к росту процента выоокопо-ристых (с высокой удельной поверхностью) агрегатов и особенно

йлиотой фракции. Суммарная поверхность мвханичеоких фракций средне окультуренной (по состоянию структуры) дерново-подзолистой среднесуглинистой почвы по оравяению о исходной , олабоокультуренной выросла в 2,5 раза,

4.3. Поглощение влаги при набухании почв пропорционально величине "свободной" пористости (за исключением объема гигроскопической влаги) независимо от'агрономической формы структур ры. Набухание выражается через объем набухания (степень набухания) иди давление набухания. Степень набуханий (\1н ) зависит от исходной пористооти почвы (П) и ее влажности (V/ ) в общем виде: Уч-О -+ .'Зависимость степанй набуха-

ния от агрономической формы структур) выщелоченного чернозема представлена в табл.6.

Таблица 6

Зависимость степени набухания выщзлочеиного чернозема от агрономической формы его структуры ( $ к исходному)

Агрономичео- Число Коэффициенты Коэфйи- Уровень Средняя кая оорма опре- . уравнения циент значи- ошибка структуры деле- >г- ^ ля ..ц/ корре- моста апрок-ний уи-и-и>мт'-'У ЛЯЦ1Ш разли- оимации,

чий %

а £_л

I Оптимальная 20 88,31 -1Д97 -0,656 0,983+ 5,9

р.р.Ш 1.50, - . • ' 0 08

горизонты Ат ' . черноземов 1

0,01

П Деградиро- 26 29,08 -0,299 -0,273 0,857+ • - 9,6

ванная • п пё

• р.р.Д 2.50А и»ш

В диссертации показано, что образцы этих оорм структуры в растертом состоянии различаются по набухаемости всего на 10?. В то же время набухание образцов естественных структур чернозема различается в 1,5 раза. Это позволяет по отношению набухающей способности естественных проб к набуханию растертых порошков давать агрономическую оценку структуры: 1:1,8 - оптимальная $орма структуры; 1:2,7 - деградированная форма. Это

правило справедливо'и для дерново-подзолистых, и для серых лесных почв.

Давление набухания проявляется в случае невозможности набухающей пробы к расширении. Связь его с формой структуры представлена в табл.7.

Таблица 7

Давление набухания /Рн, кПа/ в зависимости от агрономической формы структуры выщелоченного чернозема

Порис- №№ разрезов, форма структуры

тость, % 1 50 2 104

Опти- То же после' Опти- То же после Деградированная

маль- разрушения маль- разрушения в естественном

ная перемятием ная перемятием строении

во влажном во влажном

состоянии состоянии

46 - 83 - 45 - 86

43 202 48 169 27 ,94 59

50 152 - 121 62 —

52 110 - 72 - 40 —

54 81 - - - 24 -

Истолкование данных набухания почвенных структур приводит к выводу, что агрономическое улучшение почв связано с ростом гидрофильных коагуляционнцх связей между структурными элементами. Умнаьшение объема и давления набухания при деградации структуры указывает на явление конденсации в структурных элементах, определяемое заменой части коагуляционных контактов на точечные с переходными связями.

Вопрос обратимости уплотняющих воздействий при набухании почв стоит так, что разовые уплотнения полностью обратимы в слоях с оптимальной формой структуры. При цикличном приложении нагрузки для каэдой почвы существует предал прочности, превышение которого ведет к потере- свойства полной

обратимости деформации и создается вариант "механически деградированной" отруктуры. Почва о деградированной формой структуры в течение первого цикла набухания разуплотняется только частично. В повторных циклах набухания - высушивания набухающая способность этой почвы снижается и равновесная плотность ее формируется болев высокая, чем в первом случае о оптимальной структурой,

4.4. Рассмотрение процесса уоадки набухших черноземных почв с различной агрономической формой отруктуры (оптимальной и деградированной) показало сутцествупцую между ними разницу в типах контактов и связей. В текучей коноистенции потеря влаги оптимальной структурой сопровождается ростом пористости аэрации, тогда как в деградированной - пористооть сокращается, В первой усадка идет по "линии набухания" в обратном направлении, а во второй на единицу потерянной влаги происходит 2,2-кратное сокращение пористооти. При влажности 47% заполненность пор водой в оптимальной структуре составила 65$, тогда как в деградированной 81$. Эта разница' сохраняется до влажноо-ти перехода капиллярно-пленочной влаги в планочно-стыковую, после которой происходит перегиб в линии уоадки, причем в деградированной структуре этот йерегиб гораздо больше. Наибольшая усадка наблвдается в области влажности, подчиняющейся планочно-стыковому механизму удержания, когда возможен прор!в гидратных пленок и происходит замена коагуляционных контактов переходными. Конечный итог - агрономически оптимальная структура остается в границах агрономического оптпмума плотности, т.е. до 1,25 г/скг при влажности в диапазоне между гигроскопичностью и максимальной гигроскопичностью. Деградированная структура в полевых условиях уплотняется в зависимости от степени деградации до предельных для чернозема величин 1,45-1,5 , г/см3. Отобранные в поле монолиты таких структур в лабораторных условиях при высушивании уплотняются до плотности 1,6-1,7 г/см . Таким образом, при усадке в оптимальной структуре создается механический каркас, препятствующий уплотнению, а в деградированной - масса "плывет", что в ;7язическом смысле представляет на начальном этапе отсутствие каркаса сеточных структур, а на конечном - прорыв водных пленок с образованием переходных контактов и когезионным сжатием. Причина такого различия состо-

ит естественно, в различной величине свободной поверхностной . енергии в частицах и микроагрегатах рассмотренных форм структуры.

4.5, Вискозиметрический метод позволяет выявить типы структурных связей и контактов и количественно оценивать прочность связей на разных участках реологической кривой. В табл.8 представлены реологические параметры различных структур выщелоченного чернозема в текучей консистенции (в диссертации приведена их статистическая значимость).

Таблица 8

Показатели вязкости (пуаз*) выщелоченного чернозема в текучей консистенции' ( W и 55а!) в зависимости от агрономической'формы структуры

Реологические параметры

MIS разрезов, горизонты, слои

2 Ад 0-15

50 АдР-20 50,2 А130-45 58 Ад 0-20

Агрономическая (¡орла структуры

Оптималь- Подпахотная Удовлетвори- Неудовлетво-ная "крупка" тельная рительная

(деградиро-

_< ванная)

Срок выдеряки во влажном состоянии, суток

*}» о{р.

7«

0-7 . 0-7 0-1 7-8 0-1 7-8

220 179 146 220 175 410

900 779 470 200 59С

74 72 70 - 39 74

64 47 34 50 33 67

1Ч-

tïp.

- Щвбдовская вязкость;

- Бингамовская вязкость;

- вязкость предельно нарушенной структуры;

- обратная ветвь реологической кривой.

Дашше свидетельствуют о связи агрономических Лоты структуры с величиной реологических параметров и их динамикой в процессе выдержи во влх'лом состоянии. Это т.е показано в диссертации для естественных структур в пластично» консистенции.

Агрономически оптимальные структура чернозема характеризуются там, что структурные овязи в них проявляются сразу поола увлажнения в максимума. Это свидетельствует об их коагуляцион-ном характере и об отсутствии связей переходного типа, В деградированней форма структуры того же чернозема количество коагуляционных связей уменьшено вдвое, а за счет этого имеют место переходные овязи, проявляйтеся в постепенном увеличении вязкости почвенной массы при ее выдержке во влажном состоянии. Полный, период превращения переходных связей в коагуля-ционныв составляет 8 дней, В частично деградированной структура чернозема соотношение коагуляционных я переходных связей больше единицы»

На реологических кривых проявляется структурное различив между образцами пахотного слоя о оптимальной структурой и подпахотной "крупкой" горизонта А^ (35-45 см): вязкость Г]*, в последней заметно снижена (при-о&ном и том же гранулометрическом соотаве и равном содержании гумуса), что свидетельствует о значительной роли в образовании "крупки" структурных связей переходного типа. Отрицательная агрономическая сущность действия переходных структурных связей в агрегатах не может быть выявлена ни с помощью агрегатного анализа (водопрочности), ни - микроагрегатного, т.к. срок действия водй на агрегаты в аткх методиках в несколько раз меньше периода превращения переходных связей в коагуляционяые. Вследствие этого фралиенты деградированных структур чернозема показывают повшзнную (по сравнению о реальным состоянием) вододрочность и низкий ¿соеффици-вити дисперсности (Качикского),

В процессе окультуривания как деградированной структуры, так и подпахотной "крупки", происходит замена части переходных связей на-коагуляционные, При егом нужно иметь ввиду наличие в любых формах структур конденсационных связей между, гумусом и минеральной частью почвы, В табл.9 представлена относительная количественная оценка проявления структурных связей в почвенных структурах дерново-подзолистых и черноземных почв»

В дерново-подзолистых средне суглинистых почвах в процессе окультуривания в зерно-травяном севообороте происходит рост количества коагуляционных связей между структурными элементами почти вдвое. Высокоокультуренный (огородный) вариант этой почвы характеризуется четырехкратным'увеличением вязкости

(и, следовательно, коагуляционных связей) по сравнению с не-' (культуренной полевой почвой и по этому показателю сравнивается о "хорошей" структурой чернозема. Но в отличие от чернозема, огородные варианта дерново-подзолистых (и других типов) почв обладают еще двойным "эапаоом" переходных связей, проявляющихся за 8 дней при выдержке их в набухшем состоянии. Это свидетельствует о разном характере связи основной массы гумуса этих почв о минеральной частью их.

Таблица 9

Относительная количественная оценка действующих структурных связей в агрономических формах структуры почв

Форма структуры

Оптимальная

Удовлетворительная

Неудовлетворительная {деградиро-• ванная)

Тип структурных связей

Коагулдаиошше Несходные ^фнсЖ: _з анионные

Выщелоченной чернозем, тяжелосуглннпстый, гумус 8$

I 0 1,7 + X

0,75 0,5

0,25 0,5

1,7 + X 1,7 + X

Оптимальная (огородная), гумус 6,5>

Удовлетворительная (среднеокультуренная) , гумус 2/,

Неудовлетворительная (нео1:ульту-ре/шая), гуиус 2^

Дерново-подзоллстая тяхелосуглшистая I 1,7 X

0,42

0,24

0,14

0,06

2,14 + X

2,4 + X

При деградации отруктуры чернозема до половины действующих коагуляционных контактов (а соответствующих им связей) заменяется на переходные, кот6|ые в твердом ("сухом") состоянии действуют как конденсационные, обуславливая отрицательные физические и физико-механические свойства структур, а после продолжительного разыскания - как коагуляциоянне, о характерной вязкостью, пластичностью и тикоотрошшй, Дерново-подзо-лиотые и серые лесные почвы полевых севооборотов обладают значительно меньшим числом коагуляциошшх контактов - в два-три раза по сравнению о чернозема!®. Окультуривание до огородного варианта ведет к увеличению коагуляционных связей в 2-3 раза и связей переходного типа - во много раз. Это свидетельствует в пользу диффузного размещения гумуса в этих структурах, работящего на агрономические овойотва макроструктур, тогда как в черноземах подавляющая масса гумуса тратится на реакцию о минеральной частью почвы и изменение свойств микроструктуры через поверхностные и энергетические овойотва элементарных частиц и микроагрегатов. Отсюда разная прочность связи, разная гздрофильность и разная устойчивость к деградирующим факторам и агентам эрозии в этих вариантах вдсоко1тмусшх почв,

4,6, Рассмотренный в диссертации литературный материал (Вильяме, 1938, 1949; Гедройц, 1955} Вершинин, 1958-, Антшов-Каратаев, 194'8; Хан, 1969; Александрова, 1980} Лактионов, 1982; Кульман, 1982 и др.) показал, что специфическая структурообразующая роль почвенного гумуса складывается из трех оо-новных функций. Это функция составной часта оргад»-минеральных комплексов, в которых органическое вещество црочно связано, изменяя физические свойства почвенных частиц и (при достаточном количестве) - свойств почвенной массы в целЬы, В форме высокодисперсных коллоидов и поверхностно-активных веществ гумус взаимодействует физически о активными поверхностями почвенных частиц и химически с их противоположно заряженными участками гетерополидислерсной поверхности. Агрономически ценная агрегация почвенного материала)как показано ниже, более всего зависит от этой функции гумуса. Какая-то часть гумуса является активным "наполнителем" в порах, трещинах, фибрах, создавая неоднородности в дисперсной массе почвы и обусловливая ее дополнительную (фрагментацию. Значительную роль в структурой-

разовании такой гумуо может иметь лишь в васокоокультуренных (огородных) почвах.

В диссертации на экспериментальном материале показано, что баланс органического вещества в пахотном слое почв определяет агрономическую форму структуры. При этом изменяется количество и качество подвижных фракций почвенного гумуса, особенно воднорастворимого. При деградации структуры черноземов воднорастворимая фракция гумуса лишается анионных и нейтральных по знаку заряда групп, резко обедняется функциональными группами, снижается ее молекулярная масса. Аналогичные явления, направленные в противоположную сторону, наблюдаются при окультуривании дерново-подзолистых, почв. В этих экспериментах выявлен агент, ответственный за агрономическую форму структуры почв, а также эффективный показатель агрооценки почв, их окультуренности.

Таким образом, форлированив агрономической структуры дерново-подзолистых, серых лесных и черноземных почв зависит от количества и соотношения коагуляционных и переходных контактов между частицами. Нарастание доли переходных контактов в структура почвы ведет в твердой консистенции к "конденсации" ее массы в крупные агрегаты-блоки. Это проявляется через внешнюю удельную поверхность, пористость, прочностные и структурно-механические (реологические) свойства. В явлениях окультуривания или деградации структуры любых почв лежат процессы, связанные с оборотом и балансом органического-вещества в пахотных. горизоятахи зависят в от результатов систем земледелия.

5. Изменение агроно!,отческого состояния структуры почв под воздействием уплотнения и искусственного дозде-вания

5.1. В каждой почва есть предел сопротивляемости механическим нагрузкам, а также предел обратимости г.ехшшчаских деформаций в естественных циклах изменения влажности и температуры. Превышение этих пределоз приводит к агрономическому ухудшению структуры почв, а при повторениях - к "механической" деградации структуры. Механически деградированная структура в дальнейшем, б течение 2-3 сезонов, ведет себя как агрофизически деградированная, т.е. с резкой самопроизвольной пульсацией плотности и агрегатного состава в сезон-

ном цикле.

5.2. Изменение плотности почвы в результате единичной нормальной нагрузки можно прогнозировать эмпирически, В онытнх о выщелоченным черноземом и темно-серой лесной почвой тяжелого механического ооотава найдена форма уравнения в которой опида-вается 99$ изменений функции ( ¿f - плотнооть пооле нагрузки) от факторов (исходной плотности , влажности vV и механической нагрузки Р): yjp . o,v/p + Qif+ a3wL^aHflíj + W+ ¿¡7 P+ Йв -f- da

где Cíi - • • Q^ - эмпирические коэффициенты.

Это уравнение позволило сравнивать прочноотные свойства различных по механическому составу, генезису и окультуренноо-ти почв. £ табл.10 приведено сравнение уплотняемости различных почв по данным испытаний в одометре. Соотношение деформаций почв, полученных в одометре и под штампом, при рыхлом сложении и достаточной влажности, т.е. состоянии, именуемом в специальной литературе "почва подготовленная к посеву" составляет 1:1, 10+1:1,15 при нагрузках до 1,6 кг/см2, а при более высоких' Давлениях 1:1,2+1:1,3, С этим коэффициентом и следует принимать результаты й рекомендации, полученные на основании испытаний в одометрах, в частности и наши (Сорочкин, Шептухов, 1979 а и б).

В диссертации рассмотрено значение механического состава дерново-подзолистой почвы в ее прочности на сжатие. При легкосуглинистом составе прочность резко снижается, но.в случав более грубого супесчаного состава прочность на ржатие опять растет, Колее-образование, по данным штамповых испытаний, приведенных в диссертации,зависит от агрономической формы структуры в значительно большей степени, чем уплотняемооть. Следовательно, яри превышении допустимых удельных давлений двигатели в первую очередь ухудшают технологическое состояние поверхности полей особенно с низким агрономическим состоянием структуры почв. В соответствии о опытами допустимый уровень максимальных нагрузок ходовых систем на дерново-подзолистые средне- тяжелосуглинистые почвы в весеннее время на должен превышать 80 кДа (ГОСТ 26955-86), а на черноземах лесоотепи - 95-100 кПа.'

Таблица 10

Уплотняемость пахотных горизонтов различных почв от' нормальной нагрузки в сравнении с дарново-подзолдстой слабоокуль туре иной почвой тяжелого механического состава (нагрузки от 25 до 600 кПа)

Почва,

Агроношчео-

Чпсло опре-

Относительяая

& разреза % структуры делений . %

Дерново-подзолистая, 233 2,0 Неудовлетворительная 10 100

То же. огородная, о/и 4,3 Оптимальная 100 84

То же 6,4 _и __ 25 80 + ОД

Темно-серая лесная, 67 10.0 6 78 ± 0,4

Выщелоченный чернозем, 58 8,0 Удовлетворительная 187 84

То же, X 8,0 Оптимальная 65 75 + 0,2

То же, йодоа- 8,0 Подпахотная 25 86'

хотнни горизонт

Распределение деформаций по глубине почвенного промиля зависит от однородности (изотропности) его по плотности и влажности массы. В весеннее время такой однородности часто не наблюдается, сама предпосевная подготовка почвы направлена на создание неоднородности. Это следует учитывать при подборе тягачей для посевных агрегатов л операций по уходу за растениями.

5,3, В почвах степно"! и сухостепяол зон Заволкья установлено, что показатели впитывачпя - ^льтрации пахотных почв могут бить удовлетворительно виражлн через показатели их структуры (плотность, максилальнач гигроскопичность, структурный состав, порозность аэрации, содержание гу;уса). При этом водопроницаемость есть не только Гуню'.ия структуры почвы, но, в свою рчередь, является ее характеристикой, позволяющей судить об изменениях структуры почв под действием агротехнических мероприятий п, в том числе, доздеэанид (Сорочшш, 1975, 19776).

Характер п полнота впитывать доздя, динамка водопроницаемости во ррегл полива и в течение вегетационного периода

являются основными показателями при агротехнической оценке довдевальной системы как технического средства, так и доаде-вания как способа орошения (Сорочкин, 1972 б, 1973, 1977 а). Основное требование к искусственному довдр состоит в том, чтобы вода впитывалась в месте выпадения без перераспределения по поверхности. В диссертации показано влияние различных факторов (тип почвы, характер,поверхности поля, число поливов и др.) на допустимую интенсивность дождя. Большое значение имеет также такой технический момент, как характер подачи дождя на орошаемую площадь.'

Если дождевальная машина поливает в движении, то допустимая интенсивность равнозначна непрерывному позиционному дождеванию. Передвижные дождеватели и стационарные оистеш со струйными вращающимися аппаратами создают прерывистый дождь, агротехнически допустимая интенсивность которого зависит от скорости вращения аппаратов. При скорости вращения I оборот в мин. она составляет 50$ по отношению к непрерывному," а при 0,2 обор./мин. - только 10$.

Характер инфильтрации влаги зависит от однородности профиля почвы по механическому составу и плотности. В высокопроня-цаемых почвах или при расположении сяабопроницаемых слоев (прослоек) в верхней части профиля, формируется "клин смачивания" о утечкой части поливной нормы за пределы расчетного слоя увлажнения..Воли же водопроницаемость вниз по профилю почвы уменьшается, то поливная норма в этом случае не увлажняет весь расчетный слой. В обоих случаях следует вводить поправка в поливные нормы.

При бессточной подаче дождя механическое воздействие ■ его на почву ограничивается самым поверхностным слоем (0-2 см), заключающимся в нивелировании поверхности, формирований "уплотненной. корочки до 5-6 мм толщиной. Эти изменения поверхностного слоя ведут в последующих поливах к снижению водопроницаемости иа 25-30? при 2-ом дождевании и на 40-50$ - при последующих, хотя du структура всего корнеобитаемого слоя и улучшалась при этом. Следовательно, в практическом смысле, либо следует восстанавливать исходную шероховатость поверхности (обработкой, сохранять мульчированием), либо снижать интенсивность дождевания при повторных поливах.

б. Роль системы земледелия в оптимизации структуры почв

6.1. Баланс органического вещества в пахотном слое, являясь результатом системы земледелия, определяет агрономическое состояние (форму) структуры почв. В 8-летнем опыте на деряово-подзолйстой среднесуглинистой почве с 2^ гумуса в зерно-травяной севообороте удалось увеличить етогодный возврат органического вещества в пахотный слой с удобрением (1/3) и послеуборочными остат-ками (2/3) о 14 до 61 ц/га. Это позволило оптимизировать структуру'почвы до средней окультуреннос-ти при получении урожаев, соответствующих 2-му планируемому уровню (45-50 ц/га зерна). Показано значение дифференцировда-ного поДрсода'к обработке почвы, как фактора повшаицего продуктивность культур, а следовательно, работающего на оптимизацию структуры почвы. Только один этот фактор позволяет повысить урожайность культур на четверть (Сорочкин, 1983, 1984 а, 1965 в, 1986 а, в).

6.2. В работе показано, что деградация структуры черноземных почв происходит на фоне высокого содеркаиия гумуса в результате неудовлетворительного хозяйственного использования: одностороннее насыщение зерновыми культурд.ш, ликвидация зернобобовых, концентриропанн'- удобряемых навозом культур (кукуруза, картофель, технические) и в о с с т ан ав лм вазоцих плодородие шого-летних трав в выводные поля. Следствием этого является дефицитность расчетного баланса органического вещества п пахотном слое (1-4 ц/га в год в пересчете на гу:.тус) и изменение качественного состава подтгашх фракций гуг.уса в сторону обеднения функциональными группами, об.л-сдающими агрегирующей функцией.

Интенсивное использование вынелоченнях черноземов с применением высоки доз минеральных удобрений 12-14 ц/га туков . на фоне умеренного цршенения навоза (5-7 т/га в год) обеспечивает пошиенпе производительности их при сохранении оптимально;! структуры пахотного слоя (Сорочкин, 198*1 в; 1986 б).

На черноземах с деградированной структурой в севооборотах необходим чистые пари для обеспечения оптимального агрономического состояния структуры пахотного слоя в период всходов и укоре не кия озш.хх,

6.3. На основании литературных источников (Захаров, 1927;

Вершгаин, 1959; Качинсг.ий, 1958; Медведев, 1983} Розанов, 1983} Воронин, 1984; Ларионов, 1971 и др.) и материалов, рассмотренных в диссертации, предложена четырехступенчатая классификация структуры лочэ в агрономических целях: клаос - подкласо - тип -вид. Классы выделены на основе признака агрвгирован-

ности почвенной массы з рамках классификации по механическому составу Качинского (1958). В подклассах структура детализируется в генетических типах почз по насыщенности плазмы 171-у с ом, причем огородные варианты всех типов' почв выведены в одну группу из-за сходства гумуса.и сельскохозяйственного использования, В типе выделяются группы оптимальной, удовлетворительной и неудовлетворительной (деградированной для черноземов), слабоокуль-туренной (для дерново-подзолистых и серых лесных почв) струк-' тур. Детализация типов структуры производится по динамике агрофизических показателей и на основании предложенных нами методов агрооценки. Определение вида структуры общепринятое (Розанов, 1983) с детализацией по морфологии и твердости (Качйнокий, 1958). •

7, Метода исследования и агрономической оценки почвенных структур приведена в табл.П. Они основаны на оценке структурных связей и контактов в тосе почва, В комплексе о методами традиционной агрофизики (механический состав, плотность, состав и пористость агрегатов, прочностные свойства) предлагаемые способы агрооценки структур позволяют получать- оперативную и объективную информацию о физических условиях почвенного плодородия для целей технологии земледелия, кадастра и мониторинга. В сравнении с методом агрооценки структуры почв, ооаованном.яа измерении динамики макроструктурных показателей (агрегатный состав, пористость общая и агрегатная, механическая прочность) предложенные метода дают очень большой выигрыш во времени. Так, чтобы выделить агрономические формы структур выщелоченных- чар- • ноземов Горьковской области, потребовалось несколько лет экспедиционных исследований (с 1977 по 1984 г.г.). Кроме того, прад-. ложе няне ноше метода аГрооцекки раокрываот фазичаскую сущность и механизмы структурообразования, что в традиционном ампяричеоком методе недоотижимо.

Таблица И

Перспективные методы агрономпческой оценки структуры пахотных почв в целях кадастра, мониторинга и технологического обеспечения земледелия

СТРУКТУРНЫЙ Сухость метода показатель

Применимо для почв; уровень разработки

Пределы изменения показателя

Форма структуры

Опти- Неудовлет-

Оперативность 0^пй_ агрооценки

НАБУХАНИЕ I.Отношение объема Для детаово-подзоли-набухания естествен-стах,серых лесных, ных проб почвы к черноземов; растертым Подана затека на изобретение • 0,56 0,37 недельный срок ; приборы разработаны

2.То ка по давлении Черноземы набухания Подано 2 'заявки 4 I п

УСАДКА Измерение плотности Черноземы, темно-усадки после увлаяна-серые , лесные; ния.сдатия неразруша-ицеи нагрузкой, высу- a.c.l't 1226309 шивания (г/см ) 1,25 1,65

шшш ПОВЗН-НОСТЪ I. Отношение Черноземы; к Skia . % а.с.й I237I09 25-35 5-10 месячный срок импортная аппаратура

2, Отношение Дерново-подэо-Яракции ила к листые почвы ■ % . а.с.ü 1300384 100 30

ЗЯЗКОСПЬ Отношение '/"(или Черноземы, серые , другого реологичес-' лесные,дерново-кого параметра) ,опре- подзолистые; деленного сразу к я„ а.с.й I298I93 после 8-дяешои выдержки I * 0,5 месячный срок приборы разработаны

¿0 г

ОСНОВШЕ ВЫВОДЫ И ПРШОЖШИЯ

1. Разработана концепция формирования агрономических структу дерново-подзолистых, серых лесных и черноземных почв среднего а тяжелого механического состава, которая основана на поняюш струк туры, включающем состав, взаиморасположение и взаимодействие стру ктурных элементов. При этом состав и взаиморасположение агрегатов характеризуют агрофизические условия плодородия почвы на момент определения, а их взаимодействие - возможную динамику структурных состояний в сезонных циклах, а/ Обосновано и предложено выделение трех агрономических форм или типов структуры пахотного слоя, соот ветствувдих высокому, среднему и низкому уровню "физического" плс дородия. Это вместе с агрохимической оценкой создает возможность объективной бонитировки почв, их кадастра и мониторинга. 6/ На этой основе предложена 4-ступенчатая классификация форм почвенны) структур в агрономических целях, в/ Предложена система методов а рооценки почвенных структур ча основе удельной поверхности агрегг тов, набухания и усадки почв и вискозиметрических параметров.

2. Установлено, что агрономическая форма структуры почв определяется количеством и соотношением структурных связей коагуля-щюнного и переходного типа между структурными элементами почвенной массы, а/ Оптимальная форма структуры чернозема характеризуе' ся наличием двух типов связей: конденсационных между основной массой гумуса и минералами почвы и коагулящюшшх связей мааду час тидами и агрегатами. При деградации структуры чернозема происходит замена части коагуляционных связей на переходные, до половин в крайних вариантах деградации, б/ Агрономическая структура дерн во-подзолистых и серых лесных почв всегда формируется под дейсви твием трех типов связей, причем по мере окультуривания растет ка количества коагуляционных связей, так и переходных. В соотношени ях связей и контактов почвенных частиц между собой выражается не только форма агрегации их, но и характер почвенного гумуса. Нако пление гумуса при окультуривании почв идет в значительной мере э счет гидрофильных фракций, связанных с минеральными частицами кс ахуляционными и переходными связями.

3. Дифференцировано значение органического вещества почвы как структурного показателя, а/ В дерново-подзолистых и серых л* еных почвах общее содержание гумуса функционально определяет рш новесную плотность сложения - от оптимальной формы структуры до удовлетворительной. Между удовлетворительной и неудовлетворител] ной формами структуры разница заключается в количестве и состав!

"подвииных" фрикций гумуса, находящихся в связи с оборотом органического вещества в пахотном слое. Окультуривание почв сказывается в увеличении ыолетсуляряой касса подвжииого тумуса я насьщая-кости его функциональными группами. На мавдоуравке это сказывается в уменьшении равновесноЯ плотности пахотного слоя до 1,2-1,3 г/сиг'. б/ В червоэежых и темно-серых лесных почвах все три выделенные агрономические ^орми структуры имеет моего при высоко* общем содержании гумуса /6-81/, а различие состоит в качественной составе подвижных фракций гумуса. При атом различия аналогичны таковым в дорново-шдзолистых почвах разно* окультуреняоети.

4. Агрономическая форма юУчванных структур определяется системами земледелия в конкретных природных условиях" в соответствии с балансом и оборотом органического вемества в пахотном слое.

Срок оптимизации агрономической структуры дерново-подзолистых почв хю среднего уровня укладывается в одну ротацию севооборота с обоснованной системой удобрений ж да^ерешдаровашюй система! обработки почв при условии достаточного яасыдеши почвенной плазмы гумусом, т.е. на уровне 7л. "Огородная" форма структуры этих почв экономически невыгодна и практически трудно достижима.

Оптимизация структуры пахотного слоя черноземных почв достигается путем аоздания слабоположитальпого расчетного баланса гумуса в севооборотной цикле. Применение минеральных удобрений стимулирует уроиайность культур и оборот органического веяеетаа в почве, "работая" на оптшгзацив структуры.

5. Рекомендуется предельно допустимые нормальные нагрузки яа папта» лерново-поизолистых пэчв суглинистого состава на уровне

80 к1!а, а на выаехочешшх черноземах 25-100 кПа.

6. Рекомендуется доаустдаие интетсзвностя искусственно го дойди при вдэицзэгтэй непрерывной подаче на уроше 0,3-0,5 же/шя в условиях лесолугоЕ-о; зоны и 0,2-0,3 кх/ггп — в степной зове. Прерывистый доиль нори-фуегся та кспреризяех?.

Список основных ЕубликацзЗ. отражавзгх содержание дяссертацал

/ * работа, выполненные з соавторстве / 1.0 качественно«' состава гугуса почв Горьковской лесостеяз. 2ая

кон?', почвоведов "э.Поволжья и 3. Урала, лазаяь, 1^62, г.135-146. 2. О Торгах 'Чю'опа в лесостепных почвах ГорькозскоЗ области. Тр.

Горьковсяого "С!. т. XII. о.24-23.

3, Варьирование свойств дерново-подзолистых почв в лесу, "Почвоведение", 1968, с,41-46,

4, 0 влиянии различных способов обработки дерново-подзолиотых почв на рост культур сосны и еж, "Почвоведение", 1972,

» 2, с.136-143.

5, Впитывание воды в почву в Сыртовом Заволжье. Тр. ВНИИМи?П, т.г 1972, о.94-107.

6, Некоторые особенности впитывания влаги в почву при доадева-нии. Почвоведение, 1973, й 8, о.60-67.

7,* Дождевальная техника для Поволжья'. "Агротехническая и технико-эксплуатационная оценка опоообов полива с/х культур", Волгоград, 1974, с.72-82.

8, Водопроницаемость и сязические свойства почв. Почвоведение, 1975, а Ю, с,60-70.

9, Увлажнение' почвы при дождевании и расчет поливных норм. Тезисы докл.н.-м.совещания "Улучшение водно-физических овойств почв в целях повышения их плодородия". М,, 1977, о.ПЗ.

10, 0 применении информационно-логического метода в почвенных

"" исследованиях. "Почвоведение", 1977, & 9, с,131-138,

11, Изменение структуры и слоаеаия почвы при орошении довдева-нивм. "физические условия почвенного плодородия", М., 1978, 0.79-92.

12, 34 Уплотнение почвы ходовыми оиотемами машин. "Земледелие", 1978, Я 5, с,74-77.

13, м Черноземные почвы. "Почвы Горьковской области", Горький,

1978, с,73-94.

14, * Изменение структуры почвы при уплотнении, "Почвоведение", $ II, 1979, с.76-82,

15, 16 Зависимость ¿¡изико-механичеоких свойств почв от их плотности и влажности. Тр.Почвенного института ш,В. В. Докучаева,

1979, с,{53-71.

16, К вопрооу о регулировании агрофизических свойств по.чв, "Системно-экологический подход к современным проблемам сельоко-го хозяйотва и науки", Горький, 1980, с.43-44.

17, к Физические свойства черноземов и темно-серых лесных почв Межпьянья, "Генезис и плодородие почв Горьковской области", Горький, 1981, с,44-51,

18, * Особенности сложения черноземов и темно-серых лесных почв Горьковской области как основа для их агрономической оценки

"Влияние сельскохозяйственной техники на почву", М. 1981 о.13-20.

19. Данные"к генезису лесостепных почв. Тр. Горьковского СХИ, т.152, 1981, с.3-13.

20. * Об установлении допустимых удельных давлений тракторов и о/х машин на почву. Тез.докл.Л делегатского съезда почвоведов, Тбилиси, 1981, (I), 6.61-62.

21. к Изменение физико-механичеЬких свойств дерново-подзолио-' той суглинистой почвы при окультуривании. "Почвоведение",

1981, й 7, с,63-66.

22. Критерии оценки физических свойств почв, "Веотник о/х науки", 1982, Л 8, с.36-42.

23. * Прочностные свойства почв как основа для расчета допуо-тиг.шх удельных давлений на почву. "Проблемы снижения уплотняющего воздействия на почву..,", Киев, УСХА, 1982,

с.97-102.

24. Подготовка почв к посеву. "Сельское хозяйство Нечерноземья", 1982, !>4, с,32.

25. Равновесная плотность 'дерново-подзолистых почв и ее изменение при обработке. "Почвоведение", 1982, Уз 2, с.129-133.

26. * Влияние с/х использования на структуру выщелоченных черноземов Горьк.обл. "Генезис и плодородие земледельческих почв", Горький, 1983, 0.29-31.

27. * Использование методов физийо-хшической механики для оценки степени окультуренпости черноземных почв. "Черноземы Молдавии и их рациональное использование". Тез.докл., Кншшез, 1983, с.74.

28. ДиГферекциащ^я приемов обработки пашни под ранние яровые культуры на дерново-подзолпстнх почвах.- В сб.: Оптшиза-ция свойств почв Нечерноземья и повышение их плодородия./ Научн.труды Почв.ии-та им.В.В.Докучаева,- !,[., Г983, 0.58-65.

29* Способ определения тонкого порового пространства агрегатов .почв по изотермам адсорбции азота. Тезисы 1-й мехву-зовской н.конф., Тюмень, 1984, с.35.

30. Обработка тяхелых почв в Нечерноземье. "Земледелие", 1934, I, с.16-17.

31. Агротехнические задачи "Сельский тлеханизатор", 1934, Гз 8, с.23.

32. X вопросу о свстшяа эвмжаявхжа ж стщктуре черноэешых почв Горьковсхой области. Тайване к регулирование плодородия почв". ГорькжЕ, 1964, c.Iß-24.

33. * Временные ракомпиляции по ограничению урошя воздействия дишжягеаай с/х хеяшв на почву, Аграпрсмиздат, 1985, о.16.

34. Способ аграаоинчсосой оцанхж структура черноземов.

' A.c. » 1226309, 1985.

35. Степень надахност*. ж. "Сельский мехяажзатор", 1985, А 6, сДО-П.

36. Роль (тйзмчвскжх свойств в диагностике пхсодвддяа дериово-подаопстоВ почвы. Теу.доклЛП Всесоюзного н.-т.саввцанкя. Ровно, 1965, с.45.

37. Ккваа почва. "Сельский ыехаажзатор", 1965, £ 12, с6-27.

38. * ГОСТ 26965-86 Морш воздайствжя дшоитвлвв da почву "Техника сехьскохоаяйстввнаая мобильная". 11., 1966, с.1-7.

39. * ГОСТ 26953-86 иатоды шредядаякя воздействия дшпогтвле! на почву", rat же, 0.8-18.

40. * IÜCT 26964-66 Метод определения иахсжшхьного нормального вапрнжяшш в почве, там же, с.19-22.

41. ж Структура почв в показателях удельной повергностж.

- "Агропочвоведенае и плодородие почв". Тезисы докладов, Д., 1966, ч.2, с.2Э.

42. Изменить подход. "Сельское хозяйство Нечерноземья", 1966, й 9, о.14-15.

43. Od агпономнчаской ценности структуры лесостепных почв.. Сб.».трудов Горькозского СХИ, Горький, 1986, с.31-45.

44. Структура почв как фактор ях плодородия "в интенсивных -системах земледелия. Тезиса кон$. в Лашшградскси университете "Агролочвовадение и плодородна почв", ч.2, Л., 1986, с,22-23.

45. Способ оценки агрономической структуры почв. A.c. Л 1298193, IS66.

46. * Способ выявлений агрдаоиическа ценной структуры щвцсло-яенвых чвщоэешзв. A.c. Ii I237IQ9, 1986.

47. * Способ исследования структуры почвы. A.c. & 1300384, 1986, бил. ü 12, 1967г.

48. Проблемы штеассшшго зедасделля на черноземах Горьково-KOli области. Тез.докладов кои?. "Дуги регулирозання поч-

венного плодородия", Челябинск, 1987. 49. *\/угкит угакоуас1 schop«o5ti рйс(у рг1 ро$1г<о.и. .Ме£{ог<*сг' £ос»1К 10 (Х1Уй), Р?аЬа,

5. -106

«50. ¿(гикЬигсс росСу «ко рх(ату оёу*кЬ zav-е<хНочусН тг&огасИ ... „ Дуготс&о, 19в&" Мга, С55Я, 4. 34-Й9

Л-С8419 Ст 27.T2.Cer. 5ормат 60x84/16 Заказ 2£54 _7-.ф1к 100._

Типография ЗАСХНГЛ.Москв."!.Б.ларитоньевскиЯ пвр.,.п.1