Физические причины чередования культур

В земледелии при выращивании любой культуры происходят два противоположных и в то же время взаимосвязанных процесса: с одной стороны, синтез и накопление органического вещества и создание структуры почвы; с другой - распад и разложение органического вещества и разрушение структуры. Интенсивность этих процессов и определяет конечные результаты. Чем интенсивнее формируется и медленнее разрушается органическое вещество почвы, тем больше образуется водоупорных агрегатов и они дольше сохраняются в почве.

Больше всего на оструктуренисть почвы влияют растения с хорошо развитой корневой системой и надземными органами, сплошь покрывают почву - с весны до сбора урожая - и не потребует механической обработки почвы в период вегетации. Этим требованиям полностью соответствуют многолетние бобовые и злаковые травы или их смеси, в которых масса корней и надземных растительных остатков близка к урожаю надземной части. Поэтому под влиянием многолетних трав при той или иной технологии выращивания и разной урожайности создаются в больших или меньших размерах водоупорные агрегаты. Установлено, что чем дольше почву находится под растениями и чем выше их урожай, тем больше образуется структурных агрегатов. И наоборот, если почва без растений и испытывает разрушительного действия воды, ветра и интенсивного механической обработки, то и структурное состояние его ухудшается.

На оструктуренисть почвы значительно влияют однолетние бобово-злаковые травосмеси, но через короткий период их вегетации структурообразующий эффект от них меньше, чем от многолетних трав. Среди зерновых культур большую способность к образованию структуры почвы имеют озимые, в которых длительный период вегетации, чем у яровых зерновых колосовых; более развитая корневая система, они хорошо защищают почву осенью и весной от разрушительной силы атмосферных осадков и талых вод. Пропашные культуры, за исключением кукурузы, которая имеет хорошо развитую корневую систему, меньше влияют на улучшение структурного состояния почвы. Ухудшение его под пропашными культурами ранее обусловлено аэробными процессами разложения органического вещества. Современные исследования показывают, что образование структурных агрегатов связано с расписанием органических остатков, который интенсивно происходит именно в верхнем слое, при преобладании аэробного процесса. Поэтому опасения относительно негативного влияния аэробной процесса на оструктуренисть почвы не имеет оснований. Значительное ухудшение структурного состояния почвы под пропашными культурами обусловлено малым количеством растительных остатков в почве после них и интенсивным механическим обработкой.

Таким образом, во время выращивания культурных растений на поле наблюдаются два разных явления: увеличение количества водоупорных агрегатов во время роста многолетних трав; разрушения, постепенное снижение содержания их в почве при выращивании однолетних культур. Интенсивность разрушения структурных агрегатов зависит от особенностей технологии выращивания однолетних растений и количества осадков до поздней осени после их сбора.

Чтобы усилить первый процесс - накопление органического вещества и образованию большего количества агрономически ценных агрегатов, - необходимо выращивать высокие урожаи многолетних трав. Для уменьшения разрушения структурных агрегатов, поддержание и некоторого восстановления структуры почвы при выращивании однолетних культур надо стремиться, во-первых, чтобы и однолетние растения оставляли в почве больше органического вещества; во-вторых, чтобы почва как можно дольше был покрыт растениями путем введения в культуру подсевных, озимых промежуточных, послеукосных, пожнивных и уплотненных посевов после ранних однолетних культур, а также расширение посевов культур обычной строчной сева; в-третьих, обеспечить оптимальную строение почвы при одновременном уменьшении интенсивности механической обработки.

Схематично полевые культуры по показателю снижения способности к структурообразования можно разместить в такой последовательности: многолетние бобовые травы - однолетние бобово-злаковые смеси - озимые зерновые - яровые зерновые и зернобобовые - кукуруза-лен-сахарная свекла и другие пропашные культуры. По данным ряда исследователей, кукуруза не уступает в структурообразовании озимым зерновым культурам (С. А. Воробьев, 1979).

Ежегодное определение оструктурености почвы в период сева показало, что годовые изменения содержания водоупорных агрегатов при выращивании однолетних культур, как правило, направлены в сторону уменьшения.

Структурное состояние почвы зависит от предшественников. После культур обычной строчной сева структура почвы, как правило, бывает лучше, чем после пропашных культур. В результате структурно-агрегатное состояние почвы в севооборотах с высоким насыщением их пропашными культурами ухудшается. Учитывая это, при построении севооборотов надо внимательно следить, чтобы не допускать чередование пропашных культур более трех лет подряд на одном и том же поле. Заметно на структуру почвы влияют и погодные условия.

Объемная масса почвы является прямой функцией его структурного состояния. Она влияет на весь комплекс физических условий в почве: водный, воздушный и тепловой режимы, а также на условия биологической деятельности. Объемная масса почвы - показатель динамичный. Динамичность проявляется в том, что разрыхленный во время механической обработки почву под действием силы осадков, сельскохозяйственных машин и орудий, собственной массы самоуплотняющийся и достигает характерной только для определенной почвенной отмены равновесной объемной массы.

Равновесная объемная масса не во всех случаях совпадает с оптимальной, то есть благоприятной для конкретных групп растений. Кукуруза, например, негативно реагирует как на слишком взрыхленную, так и на очень уплотненную строение почвы. При чрезмерном рыхлении пахотного слоя увеличиваются непроизводительные потери влаги, нарушается контакт между почвой и семенами, что приводит к медленному его прорастания, недружественных появления всходов и снижение урожаев. Слишком высокая плотность строения ухудшает воздушный режим почвы, резко снижает его водопроницаемость и доступность почвенной влаги для растений, возрастает сопротивление росту корневой системы.

Повышенная пористость и меньше плотность строения почвы на полях под чистыми парами или пропашными культурами объясняется интенсивным их механическим обработкой.

Полевые культуры достаточно различаются по требовательностью к почвенной влаги, неодинаков и влияние их на водный режим почвы. Разница обусловлена как биологическими особенностями культур, так и климатическими условиями зон, в которых они выращиваются. Так, на единицу сухого вещества урожая меньше тратят влаги кукуруза, просо и сорго, больше - многолетние травы, пшеница, подсолнечник, сахарная свекла, ранние яровые зерновые.

Отдельные сельскохозяйственные культуры иссушают почву на разную глубину. Это связано прежде всего с глубиной проникновения корневой системы. Наиболее сильно и глубоко (до 3-3,5 м) высушивают почву сахарная свекла, подсолнечник и многолетние травы. Восстановить запасы влаги во всем слое в течение одного осенне-зимнего периода в районах недостаточного и неустойчивого увлажнения не удается. По наблюдениям Института сахарной свеклы УААН и его опытных станций, для этого нужно три-пять лет. В эти годы лучше использовать поле под культуры с разветвленной, но неглубокой корневой системой, которая хорошо впитывает влагу верхних, более увлажненных слоев почвы.

Определенное значение имеет и распределение корней в почве. Растения, которые имеют густую сеть мелких корней, пронизывающая почву, полнее используют почвенную влагу. Такая корневая система, например, в многолетних нещильнокущових злаковых трав. Этим объясняется особенно сильное высушивание корнеобитаемого слоя под травами при отсутствии осадков или орошения. Такие же растения, как лук, огурцы, сельдерей, своими корнями пронизывают малый объем почвы и нуждаются в орошении достаточно высокими нормами даже в районах влажного климата.

Из полевых культур картофель имеет небольшую корневую систему, поэтому для нее необходимо наличие доступной влаги в верхнем 30-сантиметровом слое почвы, особенно в первой половине вегетации. Но после таких культур в почве остается более доступной влаги в нижележащих слоях, которая может быть использована следующей культурой с глубокой корневой системой.

Кукуруза благодаря хорошо развитой корневой системе меньше тратит влаги, чем озимая пшеница и ячмень. Это имеет важное значение в засушливых районах, где в глубоких слоях почвы она лучше сохраняется от испарения.

Лучшее увлажнение почвы после кукурузы по сравнению с озимой пшеницей, ячменем и другими зерновыми культурами объясняется прежде всего строением и размещением в почве корневой системы. Количество корней и общая длина их в злаковых примерно в 10 раз больше, чем в пропашных культур. Поэтому зерновые колосовые культуры пронизывают толщу почвы густой сеткой корней и на время уборки урожая в засушливых условиях используют всю доступную для них влагу. Кукуруза, как и другие пропашные культуры, имеет менее разветвленную корневую систему. Корни ее в почве расположены на значительном расстоянии друг от друга, в результате чего часть воды остается неиспользованной до уборки урожая.

Запасы почвенной влаги постоянно меняются, на них в определенной степени влияют выращиваемые культуры. Потребляя воду, они обусловливают высушивания грунта на ту или иную глубину и перераспределение остатков влаги в его слоях в зависимости от развития и распространения корневой системы, а также продолжительности вегетационного периода. С момента смыкания листьев и их отмирание зависит испарения воды поверхностью почвы.

Наконец, восстановление запасов почвенной влаги зависит от продолжительности послеуборочной периода и выпадающих осадков к севу следующей культуры, а также от водопроницаемости грунта (его способности впитывать влагу осадков и талых вод и пропускать через себя воду в более глубокие слои), которая, в свою очередь , обусловлена влиянием растений и агротехники на структурное состояние и строение почвы. Величина восстановленных запасов влаги в основном зависит от биологических особенностей культуры. Последнее означает, что правильный подбор культур надо включать в систему мер по целесообразного использования влаги для формирования урожая.

Если поле освобождается рано (культуры на зеленый корм, сено и силос), то запасы влаги восстанавливаются в почве быстрее, чем после сахарной свеклы, подсолнечника и кукурузы, которые поздно собирают. Озимые и яровые зерновые и зернобобовые занимают промежуточное место. После кукурузы запасы влаги в почве всегда больше, чем после сахарной свеклы, подсолнечника, многолетних трав и других культур.

Многолетние исследования научных учреждений показывают, что в очень высушенном почве запасы влаги в послеуборочный период пополняются больше, чем в менее высушенном, поскольку аккумуляция осенне-зимних осадков на полях с более низкой конечной влажностью почвы бывает интенсивной. Относительно почву максимально усваивает осадки, а насыщенный влагой имеет слабую аккумуляцию.

Для направленного регулирования водного режима в системе почва - растение необходимо чередование культур в севооборотах, при котором рациональное использование растениями почвенной влаги сочетается с последующим восстановлением ее запасов в соответствующих слоях почвы. Это особенно актуально в Степи и в районах недостаточного увлажнения Лесостепи.

Известно, что в Степи многолетние травы начинают весеннюю вегетацию рано (уже на время сева однолетних культур) и используют из почвы значительное количество весенних запасов влаги. Поэтому, несмотря на раннее сбора урожая (первый укос), они иссушают почву так сильно и глубоко, что запасы влаги не восстанавливаются не только к севу озимых, но и яровых культур в следующем году. Из-за этого в засушливых районах бывают случаи, когда после многолетних трав на один откос не получающих всходов озимых культур.

Очень интенсивно высушивает почву люцерна, особенно при многолетнем использовании. При выращивании ее на одном и том же месте в течение четырех лет и более используются практически все запасы усваиваемой влаги в корнеобитаемом слое почвы.

Установлено, что под многолетними травами в зоне недостаточного увлажнения запасы влаги уменьшаются по всему профилю 1,5-метрового слоя, но сильнее высушиваются (особенно при двухлетнем использовании трав) нижняя и кое средняя трети этого слоя, что делает озимые после многолетних трав уязвимыми в засушливых условиях весенне-летнего периода вегетации, тогда как после кукурузы на силос в молочно-восковой спелости сильнее высушенные верхние слои почвы, поэтому, несмотря на несколько больше, чем после трав, общие запасы влаги, резко ухудшаются условия получения всходов озимых в годы с недостаточным количеством осадков осенью.

Самые крупные и стали по годам запасы влаги в почве на время сева озимых бывают после черных паров, преимущество которых в этом отношении растет в районах с недостаточным количеством осадков (Степь, а также районы недостаточного и неустойчивого увлажнения Лесостепи).

Влага в почве под черным паром накапливается в основном за счет поздне-осенних и зимних осадков, а за счет весенне-летних осадков только в годы, когда весной запасы ее невелики и по весенне-летний период выпадает около 250 мм осадков.

Запасы воды в почве могут пополняться за период от сбора парозайма-ющего культуры к севу озимых, поэтому чем дольше этот период, тем вероятнее пополнения запасов влаги в почве. В Степи на парах, занятых культурами, которые рано собирают (озимая рожь и пшеница на зеленый корм, многолетние травы на один откос, бобово-злаковые смеси, кукуруза на зеленый корм), к севу озимых накапливается усваиваемой влаги больше, чем на парах, занятых культурами, которые собирают значительно позже. По срокам сбора предшественником озимых культур в южных районах Степи мог бы быть и подсолнечник, особенно, если в хозяйстве высевают раннеспелые сорта. Однако в связи с большим высушиванием почвы на неполивных землях размещать озимые после него нецелесообразно.

В севооборотах засушливых районов после кукурузы на зерно можно размещать культуры, полнее используют почвенную влагу, - подсолнечник, ячмень, многолетние бобовые травы.

В Степи под кукурузой, занятыми парами и озимой пшеницей достаточно хорошо восстанавливаются запасы доступной влаги в глубоких слоях почвы. Поэтому при построении севооборотов эти культуры надо размещать так, чтобы после культур с глибокопроник ной корневой системой происходило восстановление запасов почвенной влаги на большой глубине. Однако полностью запасы влаги на глубину 3 м и более в течение одного осенне-зимнего периода, особенно в южных районах, не восстанавливаются. По данным научных учреждений, после подсолнечника и сахарной свеклы для этого нужно не менее трех-пяти лет. Учитывая эти и другие обстоятельства, подсолнечник в севооборотах не следует возвращать на прежнее место раньше семи лет, а сахарная свекла - четырех-пяти лет.

В Украине в районах с достаточно длительным теплым осенним периодом, особенно на юго-западе, широко практикуют послеукос и пожнивные посевы культур, которые рано освобождают поля. Исследования показали, что наиболее благоприятные гидрологические условия для их выращивания в севообороте создаются на Полесье и в районах достаточного увлажнения Лесостепи. Благодаря частому выпадению осадков и быстрому восстановлению запасов почвенной влаги пожнивные и послеукос посевы здесь почти не испытывают недостатка влаги, а также не оказывают отрицательного влияния на водный режим следующих яровых культур.

Как правило, паровое поле в севообороте идет после подсолнечника. Но в условиях развития различных форм собственности или контурно-мелиоративной организации территории случаи, когда чаще в севооборотах с короткой ротацией в последнем поле могут быть ячмень, кукуруза на зерно и другие культуры. Однако, несмотря на неодинаковой период спаривания после различных предшественников, запасы влаги на время сева озимой пшеницы бывают практически одинаковыми.

Использование парового поля под парозаймаючои культуры в той или иной степени приводит к высушиванию почвы. Степень высушивания почвы зависит не столько от сроков уборки парозаймаючои культуры, сколько от биологических особенностей ее, технологии выращивания и погодных условий. Например, многолетние травы и ис-овсяной смеси собирают значительно раньше, чем кукурузу на зеленый корм, но по запасам влаги на время сева озимых последняя не уступает травам.