Недостаток выпадающих осадков в период вегетации культурных растений является одной из характерных особенностей большей части зоны черноземных почв и всей зоны каштановых почв. Летние засухи — весьма частое явление. Вода здесь находится в минимуме и в первую очередь ограничивает размер урожаев. Поэтому задачей земледения в данной полосе СССР является возможно полное накопление и сохранение осенне-зимних осадков в почве. Эту задачу более успешно можно разрешить правильной системой обработки почвы и снегозадержанием.
Влияние глубины вспашки, способов углубления пахотного слоя и других приемов обработки на водный режим почвы
В системе обработки почвы ведущее место в использовании осенне-зимних осадков принадлежит глубокой вспашке.
Несмотря на лучшую структурность, подпахотный слой, как правило, имеет больший объемный вес, что свидетельствует о более плотной упаковке его механических элементов и структурных отдельностей.
Следовательно, сама по себе более высокая структурность подпахотного слоя еще не может свидетельствовать о его лучшей водопроницаемости.
Наоборот, проникновение воды вглубь обычно резко замедляется при переходе от пахотного слоя к подпахотному. Если принять во внимание, что на границе их обычно имеется уплотненная прослойка в виде плужной подошвы, которая еще более замедляет нисходящий ток воды, то становится совершенно ясно, что основным резервуаром для поглощения талых вод, особенно при быстром таянии снега и глубоком промерзании почвы за зиму, является пахотный слой. Его роль в этом отношении резко возрастает во влажную осень, когда обеспечивается сильное увлажнение верхнего слоя почвы.
В рыхлой структурной почве вода даже при большом ее содержании не заполняет всех пор; и такая почва даже в промерзшем состоянии обладает значительной водопроницаемостью. Поэтому глубокая вспашка, создавая мощный, рыхлосложенный, более структурный слой, обеспечивает лучшее впитывание весенних талых вод и ливневых осадков. Какое влияние оказывает глубокая вспашка на водопроницаемость почвы, можно видеть из следующих примеров.
На малогумусном, тяжелосуглинистом черноземе Эрастоовского опытного поля вспашка черного пара на 30 см увеличила водопроницаемость почвы в 1946 г. на 21%, в 1947 — на 42% по сравнению с нормальной глубиной обработки
На каштановых почвах Краснокутской станции определение водопроницаемости прибором Клычникова проводилось на черном пару весной (11 мая) и осенью (3 октября). За три часа наблюдений в почву впиталось при вспашке на 22 см весной 86,9 см3, осенью — 27,4 см3, при вспашке на 35 см соответственно 111,4 и 42,1 см3. Наблюдения, проведенные на второй год после глубокой вспашки, показали, что последействие ее продолжает сохраняться: за три часа впиталась при вспашке на 22 см 48,5 см3, а при вспашке на 35 см — 62,2 см3.
Особо положительное влияние на водопроницаемость и фильтрацию оказывает глубокая вспашка на солонцовых почвах. Наблюдения, проведенные на столбчатых солонцах Малоузенского опорного пункта Саратовской области, показали, что за первый час в слое почвы 20—40 см при вспашке на 22 см впиталось воды 23 мм, при вспашке на 35 см с почвоуглублением на 15 см — 120 мм и при вспашке на 45—50 см — 114 мм. После трех часов наблюдения в первом случае впитывание почти полностью прекращается (за четвертый час здесь впиталось всего лишь 2 мм), тогда как во втором случае впиталось 73 мм и в третьем — 53 мм
Улучшение условий водопроницаемости почвы под влиянием глубокой вспашки обеспечивает большее накопление влаги весной. Это особенно четко должно проявляться в районах с достаточным снежным покровом, а также и в других районах при хорошем снегозадержании.
При значительной толщине снежного покрова во время весеннего таяния в почву поступает большое количество влаги, поэтому здесь особо важно обеспечить ее быстрое впитывание.
В районах с теплой зимой и частыми оттепелями (южные районы Украины, Северного Кавказа) снег не скопляется в большом количестве, и часть зимних осадков может постепенно впитаться и на фоне обычной вспашки.
В годы с сухой осенью и небольшим снежным покровом глубокая вспашка также может не проявить своего положительного влияния на накопление влаги, так как небольшое количество талых вод может полностью впитаться в почву и при обычной вспашке.
Сравнение ранневесенней влажности при различных глубинах вспашки может в некоторой мере характеризовать использование талых вод.
Наши наблюдения над весенней влажностью проводились на зяби из-под зерновых культур при снегозадержании (Безенчукская опытная станция).
Согласно ежегодным наблюдениям, влажность почвы при глубокой вспашке была выше, чем при обычной. В среднем за четыре года (1938—1941) увеличение в метровом слое составило 2,2%, что равняется примерно 350 м3/га дополнительно поглощенных осадков. В 1939 г. это увеличение достигло почти 800 м3/га. В увеличении влажности по горизонтам имеется также существенная разница.
В то время как в первом слое (0—50 см) прибавка составляет 1,6%, во втором (50—100 см) она достигает 2,9%. Таким образом, глубокая вспашка, увеличивая Использование талых вод, одновременно обеспечивает и более благоприятное распределение влаги в корнеобитаемом слое почвы. Положительная роль глубокой вспашки в использовании талых вод проявляется не только в первый год, она сохраняется и в последующем. Это бывает особенно заметно, когда поле под следующую культуру не пашется. Так, под многолетними травами глубокое рыхление почвы под предыдущую культуру в среднем за два года повысило влажность слоя 0—100 см на 3,2%; при этом увеличение запасов влаги в слое 0—50 см составило лишь 2,8%, а в слое 50—100 см — 4,3%.
Наблюдения за весенней влажностью по зяби показали преимущество глубокой вспашки в использовании талых вод. О характере использования летних осадков и испарении влаги самой почвой можно получить предо гавление по наблюдениям над динамикой влажности в черном пару. Эта работа проводилась нами на Безенчукской станции в течение трех лет.
Разница по влажности между разноглубинными вспашками весной отсутствовала, тогда как на зяби за те же годы она для метрового слоя составляла 2,7% в пользу глубокой вспашки. На пару снегозадержания не проводилось, в силу чего небольшие наличные запасы талых вод могли в полной мере использоваться и при обычной вспашке.
Эти данные лишний раз подтверждают, что преимущество глубокой вспашки в использовании зимних осадков более полно может проявиться лишь при мощном снеговом покрове.
Летом и осенью (в фазу всходов ржи) при глубокой вспашке влажность почвы была на 0,7—0,8% выше, чем при обычной, что объясняется лучшим впитыванием летних осадков и меньшим испарением их вследствие лучшей структурности почвы.
Наблюдения Краснокутской станции за пять лет также показали, что рано весной на черном пару без снегозадержания не было разницы в запасе влаги по разноглубинным вспашкам, а к моменту посева ржи и весной после появления всходов влажность при глубокой вспашке (27 см) в слое 0—50 см была выше на 1,3%, чем при обычной (20 см).
Наблюдения над динамикой влажности в раннем пару в совхозе «Индустриальный» в среднем за два года показали уменьшение влажности от вспашки до посева озимых в следующих размерах: в слое 0—40 см при обычной вспашке (20 см) на 3,7%, при углубленной (35 см) на 2,3%, при плантажной (45 см) на 2,5%, при трехъярусной по методу Чикалики (45 см) на 2,5%, в слое 0—100 см при обычной вспашке на 2,8% и при остальных способах на 2,0%.
Наибольшие потери влаги в метровом и верхнем 40-сантиметровом слое отмечаются при обычной вспашке, наименьшие — при вспашке на 35 см. Плантажная и трехъярусная вспашка дают некоторое увеличение потерь. Это можно объяснить тем, что при сверхглубоких обработках на поверхность выносится горизонт «крупки» с более крупными агрегатами, что облегчает удаление водяных парой из почвы.
Наблюдения на Эрастовском опытном поле Днепропетровской области в течение 1950—1953 гг. на черных парах показали, что общие запасы влаги в двухметровом слое весной при ярусной вспашке на 45 см были выше по сравненною с обычной в 1950 г. на 42 мм, в 1951 г. — на 62 мм, в 1952 г. — на 61 мм, а перед посевом озимых соответственно на 8 мм, 98 <и 43 мм. Разница в запасах влаги к осени в 1950 и 1952 гг. значительно уменьшилась. Это говорит о больших потерях воды на испарение в летний период при ярусной вспашке.
Противоположный результат 1951 г., видимо, объясняется большей влажностью лета.
Непосредственные наблюдения над потерей влаги на пару в 1953 г. подтвердили данные 1950 и 1952 гг.: в среднем за лето при обычной вспашке испарилось 141,9 мм, при ярусной — 183,1 мм.
Следовательно, хотя глубокая вспашка зяби, черных паров и обеспечивает, как правило, лучшее впитывание осадков и большее накопление влаги к весне, но не всякий прием ее одинаково сохраняет влагу в летний период.
Излишняя рыхлость и аэрация почвы в теплый и сухой период года может вести к увеличению потерь влаги.
Каково влияние характера поверхности почвы на сохранение в ней влаги, показывают специальные исследования Д. И. Бурова на обыкновенных черноземах Куйбышевского сельскохозяйственного института. На паровом участке снимался верхний пятисантиметровый слой и вместо него на разных делянках помещалась почва глыбистой (больше 10 мм), крупнокомковатой (10—3 мм), мелкокомковатой (3—0,25 мм) структуры. Контролем являлась естественная почва, содержавшая частиц больше 10 мм — 16%, от 10 до 3 мм — 24%, от 3 до 0,25 мм — 50% и меньше, 0,25 мм — 10%. За 75 дней наблюдений потери влаги по различным вариантам составили: для почвы с глыбистой поверхностью 105,0 мм, крупнокомковатой — 78,7 мм, мелкокомковатой — 51,2 мм, контрольной почвы — 92,5 мм. Мелкокомковатая поверхность снизила потери влаги из почвы по сравнению с глыбистой в два раза, а по сравнению с среднекомковатой на 18%.
На каштановых почвах в учебно-опытном хозяйстве Саратовского сельскохозяйственного института в течение трех лет изучалось влияние различных приемов глубокой вспашки на влажность почвы. В первый год отвальная вспашка (33 см) увеличила запасы влаги в метровом слое всего лишь на 0,2%, безотвальная (35 см) — на 1,4%; вспашка на 22 см с почвоуглублением на 10 см не повышла влажность почвы по сравнению с обычной вспашкой.
В последствии на второй год глубокая вспашка (33 см) увеличила влажность на 1,4%, а плантажная (45 см) — на 1,8%; вспашка с почвоуглубителем не оказала положительного влияния и в этом случае. На третий год различий во влажности не наблюдалось.
На Краснокутской станции запасы активной влаги весной на черном пару в метровом слое составили при отвальной вспашке на 22 см — 88,2 мм; на 35 см — 115,7 мм; па 35 см с почвоуглублением на 15 см — 119,6 мм; безотвальной на 40 см — 112,5 мм. Все варианты глубоких вспашек обеспечили значительное увеличение запасов влаги (на 24—31 мм). Способ вспашки не оказал влияния на влажность. Преимущество глубокой вспашки сохранилось и осенью: запас активной влаги при отвальной вспашке на 22 см составил 56,6; на 35 см — 78,6; на 35 см с почвоуглублением на 15 см — 85,3; по безотвальной — 70,9 мм.
При распашке пласта из-под многолетних трав запасы доступной влаги весной в слое 0—150 см составили: при вспашке на 22 см — 33 мм, на 35 см — 61 мм, на 25 см с почвоуглублением на 15 см — 44 мм. Таким образом, глубокая вспашка повысила запас влаги в почве на 11—28 мм.
На второй год весной при вспашке на 22 см запас влаги составлял 105,7 мм; на 35 см — 171,0 мм; на 25 см с почвоуглублением на 10 см — 140,4 мм. Здесь глубокая вспашка повысила запасы влаги на 38—65 мм. Характерно, что как в учебном хозяйстве, так и здесь влияние глубоких вспашек сильнее проявляется не в первый, а во второй год.
На обыкновенном черноземе Эрастовского опытного поля влажность черного пара весной (1950 г.) в метровом слое при вспашке на 20 см составляла 21,3%, при вспашке на 30 см — 22,2 %. Как видно, глубокая вспашка увеличивала запасы влаги на 0,9%. Наблюдения над влажностью в посевах озимой пшеницы в том же году показали большой контраст между обычной и глубокой вспашкой. В период колошения озимой пшеницы при обычной вспашке влажность почвы была 13,2%, при глубокой — 15,4%, т. е. разница составила 2,2%. По средним двухлетним данным из работ В. В. Квасникова влажность метрового слоя почвы (выщелоченный чернозем) ко времени посева озимых по раннему пару составляла: при вспашке на 20 см — 19,7 %; на 25 см — 20,3%; на 30 см — 20,4% на 35 см — 21,7%. Наибольшая прибавка влажности была при вспашке на 35 см и составила 2 %.
На выщелоченных черноземах Башкирской АССР (Латыпов) трехлетние наблюдения показали, что вспашка зяби и черного пара на 30 см увеличивала запас воды в метровом слое на 2—2,5% и сохраняла свое положительное влияние в течение четырех лет. Так, на второй культуре после глубокой вспашки в 1948 г. влаги было больше на 1,2%, а в 1949 г. — на 1,9%. На южных черноземах Ново-Анненского района Сталинградской области влажность почвы весной 1953 г. под озимой пшеницей при вспашке на 32 см была в слое 0—30 см на 2,2%, в слое 30—50 см — на 1,2%, в слое 90—100 см — на 2,0% выше, чем при обычной вспашке.
На южном черноземе в учебном хозяйстве Херсонского сельскохозяйственного института влажность метрового слоя почвы перед посевом озимых при вспашке пара на 20 см составляла 17,3%, при вспашке на 30 см — 18,6%, а весной следующего года соответственно 19,2 и 21,4%.
Таким образом многочисленные факты свидетельствуют о положительном влиянии глубокой вспашки на влажность почвы.
Значение глубокой вспашки не исчерпывается только увеличением общих запасов воды. Некоторые данные показывают, что при одинаковом общем запасе влаги по разноглубинным обработкам количество доступной воды по глубокой вспашке бывает обычно выше. Это особенно часто может иметь место на каштановых, светло-каштановых и солонцовых почвах. Разрыхление уплотненного подпахотного горизонта уменьшает количество микропор, активно удерживающих влагу, обеспечивает лучшее развитие корневой системы, что также повышает количество используемой растениями влаги.
Выше было показано, что подпахотный слой на черноземных почвах имеет больший процент структурных фракций и более крупные агрегаты. Особенно ярко это выражено у тучных и выщелоченных черноземов. Перенос наверх горизонта «крупки» с крупными (более 3 мм) агрегатами может несколько ухудшить водный режим пахотного и посевного слоев. Большая рыхлость указанных горизонтов усиливает потери влаги, что при сухой с сильными ветрами весне может отрицательно сказаться на полноте и дружности всходов поздних культур, а при сухом лете — и озимых.
Быстрое подсыхание перенесенного наверх подпахотнего слоя выщелоченного чернозема отмечалось в работах Тайчинова. Это нашло подтверждение и в наших наблюдениях за влажностью на раннем пару в совхозе «Индустриальный». Потери влаги в слое 0—10 см от вспашки до посева озимой ржи в среднем за два года составили: при вспашке на 22 см — 3,5 %, на 35 см — 2,3%, плантажной вспашке на 45 см — 2,8%, трехъярусной по Чикалики на 45 см — 3,3%. При вспашке на 35 см потери влаги за летний период наименьшие, при обычной и сверхглубокой вспашках они возрастают. При ярусной и плантажной вспашке на поверхность выносится преимущественно крупноагрегатный подпахотный горизонт, что создает излишнюю порозность и увеличивает потерю влаги. Повышенные потери влаги при обычной вспашке, по-видимому, объясняются большей распыленностью почвы и в связи с этим усилением капиллярного подтока воды к поверхности.
С этой точки зрения на почвах с особенно резко выраженным горизонтом «крупки» рекомендуемый Чекалики прием послойной обработки с выносом подпахотного слоя наверх получает отрицательную оценку.
Иное положение, когда подпахотный слой смешивается со слоем 10—20 см, что осуществляется при глубокой вспашке плугом с предплужником. В этом случае крупные агрегаты подпахотного слоя смешиваются с более мелкими агрегатами слоя 10—20 см, что несколько уменьшает некапиллярную скважность, а следовательно, ослабляет иссушение верхнего слоя путем выдувания; одновременно увеличивается влагоемкость почвы и сохраняется ее хорошая водопроницаемость. На мощном среднесолонцеватом черноземе Жеребковской опытной станции влажность черного пара весной (12.IV) в слое 0—30 см при вспашке на 20 см была 35,5%, при вспашке на 30 см — 36,4, а осенью (5.Х) соответственно 25,9 и 29,7%; в первом случае убыль влаги составила 9,6%, а во втором — 6,9%.
Определение влажности каштановых почв в учебном хозяйстве Саратовского сельскохозяйственного института, проведенное весной 1955 г., показало, что за период с 25 апреля по 5 мая зябь, вспаханная на 22 см, потеряла влаги из слоя 0—20 см 95 м3/га, а вспаханная на 33 см — 84 м3/га.
Таким образом, в пределах пахотного и посевного слоев глубокая вспашка, как правило, обеспечивает лучшее увлажнение. Только на почвах с ярко выраженным горизонтом «крупки» вынос его на поверхность может усилить просыхание верхнего слоя почвы.
Для удержания талых вод и ливневых осадков наряду с проведением глубокой вспашки необходимо использовать и другие приемы, связанные с обработкой почвы.
Большое влияние на увеличение запасов влаги оказывает направление вспашки по отношению к уклону поля. Глубокая вспашка поперек склона на участках с небольшим уклоном (3—5 м падения на 1 км) может полностью ликвидировать поверхностный сток.
В одном из опытов Башкирской полеводческой станции вспашка зяби поперек склона увеличила по сравнению с продольной вспашкой запас влаги в метровом слое почвы на 856 м3/га, уменьшила смыв почвы на 347 т/га и повысила урожай зерна на 5—6 ц/га.
Однако пахота поперек склона дает положительные результаты только при небольших уклонах (до 5—10 м падения на 1 км), при больших уклонах следует применять поперечно-гребнистую вспашку. Для этого удлиняют один из отвалов четырех- или пятикорпусного плуга. Удлиненный отвал сбрасывает почву не на дно борозды, а укладывает ее на гребень предыдущего пласта, в результате чего поле покрывается углубленными бороздами и высокими валиками, расположенными на расстоянии 140—175 см.
На черноземных почвах, обладающих большей водопроницаемостью, поперечно-гребнистая вспашка применяется на уклонах свыше 10 м, на каштановых — свыше 6 м падения на 1 км.
В опытах, проведенных Энгельсской опытно-мелиоративной станцией, такая вспашка увеличивала запасы влаги по сравнению с обычной зябью на 200—400 м3/га и повышала урожай зерновых культур на 1—3 ц/га.
В опытах Института сельского хозяйства им. Докучаева урожай картофеля при вспашке вдоль склона обычным плугом составил 98 ц/га, поперек склона плугом с удлиненным отвалом — 150 ц/га, урожай овса при вспашке вдоль склона был 23,2 ц/га, поперек склона — 24,3 ц/га, поперек склона плугом с удлиненным отвалом — 28,5 ц/га.
На участках с малыми уклонами валики нарезают отдельно от вспашки и строго по горизонталям. Расстояние между валами от 5 до 50 м.
Чем больше уклон и больше выпадает зимой осадков, тем чаще делают валики. Чтобы не иссушать почву, валики нарезают поздно осенью. В колхозе «Комсомолец» Краснопартизанского района Саратовской области нарезка валов производилась четырехкорпусным плугом в два прохода всвал. Чтобы валы были не крутыми и в последующем не мешали работе сельскохозяйственных машин и орудий, задние корпуса плуга устанавливаются на небольшую глубину. При этом получаются пологие широкие валы высотой 20—30 см, которые сохраняются в течение двух-трех лет. Стоимость работы составляет примерно 20% от стоимости вспашки, а на один год это составит лишь 7 %.