Как фермер, вы неизбежно оказываете огромное влияние на почву. По этой причине возделывать поля следует с пользой для почвы.
Ниже мы собрали факты и руководства о том, как приложив относительно небольшие усилия, можно быть уверенным в том, что ваша почва хорошо обрабатывается.
Количество воды, доступной для растения, определяется диаметром пор. Важно избегать уплотнения грунта, которое сдавливает поры и уменьшает доступ к воде. Суглинок содержит приблизительно 20 мм растительно-доступной воды на 10 см почвы, но количество, которое может быть использовано, зависит от глубины залегания корней и их сплетения.
Ранней весной после таяния снегов или сильных дождей, почва может достигнуть предела водо-удерживаемой способности, что означает, что все поры заполнены водой. Поскольку почва высыхает, а вода стекает, самостоятельно либо с помощью дренажа, почва достигает полевой влагоемкости.
В этом состоянии полевой влагоемкости, довольно крупные поры освобождены от воды и вместо этого заполнены воздухом, в то время как тонкие все еще залиты водой. Чем выше поры находятся в почвенном профиле – тем выше вероятность, что они будут заполнены воздухом. В почвах, где 50% твердого вещества и 50% полостей в полевой мощности примерно 10-20% заполнено воздухом, остальные 30-40% - водой.
Вода, доступная растениям в почвенных порах, представляет собой разницу между полевой влагоемкостью и точкой увядания.
Это диаметр водных пор, определяющий насколько легко или тяжело корням растений вытащить влагу из почвы. Поры – это результат состава и структуры почвы.
|
Усилие для извлечения воды (‘корневое всасывание’), метры водяной колонны |
Эквивалентный диаметр поры (мм) |
|
|
Легко-доступная |
1-6 | 0.03–0.005 |
| Доступная | 6-50 | 0.005–0.0006 |
| Малодоступная | 50-150 |
0.0006–0.0002 |
| Недоступная | >150 |
< 0.0002 |
Kerstin Berglund, SLU
1) Корневой волосок
2) Почва
3) Вода
Это диаметр поры, определяющий, насколько сильно вода связана в порах. Чем меньше диаметр, тем больше связанной воды, труднодоступной для корней. Наконец, длина корневого волоска достигает своего максимума и больше не может извлекать воду.
Вода в больших порах легко доступна, но с уменьшением диаметра пор растениям требуется все больше энергии, чтобы забирать воду. Этот процесс показан на рисунке выше «Корневой волосок в почвенной поре». Когда длина корневого волоска достигает своего максимума и больше не может извлекать воду, растение увядает. Однако на практике растения не могут использовать всю воду, поэтому "сдаются" и увядают.
Количество воды, которое растение может потребить, определяется комбинацией факторов:
| Тип почвы | Количество воды, доступной для растения на 10 см почвенного профиля, мм |
| Песок | примерно 10 |
| Ил | примерно 20–25 |
| Суглинок | примерно 20 |
| Коричневая глина | примерно 10–15 |
Источник: Kerstin Berglund, SLU
Вместе эти факторы определяют точку увядания. В данном контексте, фермеру важно понимать, что уплотнение почвы приводит к ухудшению водоснабжения культуры. Если колесо, прикатывая, сдавливает поры, это ухудшает дренаж и снижает способность почвы снабжать растение необходимой влагой.
Размеры частиц в почвенном слое контролирует количество воды, которое может испариться. Испарение воды минимально при размере частиц, равном примерно 2 мм. Нахождение растительных остатков на поверхности почвы также уменьшают потери воды за счет отражения солнечного излучения и предотвращения нагревания грунта.
Если после посева не выпадают осадки, вода, имеющаяся в посевном ложе и под ним, имеет решающее значение в получении урожая. Важно сохранить эту влагу и бережно управлять ею, чтобы семена хорошо проросли.
Когда солнце всходит и начинает освещать недавно засеянное поле, энергия солнечных лучей нагревает воду в посевном ложе и слое, расположенном под ним. Некоторые молекулы воды накапливают достаточно энергии, чтобы перейти в газообразную форму и попытаться испариться с поверхности в виде водяного пара.
Такое испарение можно часто увидеть невооруженным взглядом, когда влажная земля нагревается солнечными лучами, как показано здесь. Это процесс сопоставим с закипанием воды в кастрюле на плите и потерей воды в виде пара.
Испарение воды с поверхности почвы после посева в основном обуславливается размером элементов посевного слоя.
Рисунок выше показывает тесную взаимосвязь между водным испарением и почвенными частицами/диаметром частиц. Первый максимум испарения достигается при размере агрегатов 0,005 – 0,02 мм. Приблизительно это диапазон илистых частиц, он характеризует капиллярный транспорт влаги на поверхность почвы из посевного ложа. На таких почвах важно останавливать капиллярный транспорт, чтобы предотвратить потери воды.
Второй максимум испарения достигается, когда размер фракции превышает 50 мм, что часто имеет место в почвах с высоким содержанием глины. При таких крупных фракциях в посевном горизонте воздушные потоки становятся турбулентными, а грунт высыхает. Между этими пиками минимальное испарение воды, когда элементы имеют диаметр около 2 мм. Эти элементы не настолько малы, чтобы обеспечить капиллярный перенос воды, но не настолько велики, чтобы создавать турбулентные потоки воздуха. При наличии частиц такого размера в семенном слое минимизируется испарение воды.
Это можно продемонстрировать, используя чистые фракции частиц в модельном эксперименте, см. Изображение выше. Другими словами, это совокупный размер, который регулирует испарение воды из открытого грунта.
Озимая пшеница, 3 неделе после посева
A: Агрегаты < 2 мм дали 95% всходов
B: Агрегаты 2-5 мм дали 60% всходов
C: Агрегаты > 5 мм дали 35% всходов
Растительные остатки, такие как солома, влияют на количество испаряемой из почвы влаги. Солома в поверхностном слое почвы воздействует на потерю воды по меньшей мере 2 способами:
Вместе эти два фактора означают, что весной поверхность почвы не так сильно нагревается, и испарение воды ограничивается.
Поверхностная обработка грунта является такой успешной именно благодаря этим факторам. Лучшее сохранение влаги в комплексе с усиленной защитой от эрозии означает, что поверхностная технология обработки почвы является наилучшей в сухих районах, таких как прерии в США и Канаде.
Рытье ходов дождевыми червями приводит к аэрации и дренажу почвы. Кроме того, питательные вещества высвобождаются из растительных остатков после прохождения через их кишечник. Фермеры могут способствовать развитию червей с помощью поддержания высокого количества питательных веществ в почве и использования менее разрушительной технологии обработки почвы.
В нормальной почве может быть от 100000 до 1000000 червей, с общим весом от 100 до 1000 кг, на 1 гектар. Они играют очень важную роль для почвы, выполняя свою работу.
Путем их активности дождевые черви увеличивают дренаж и аэрацию почвы, проделывая каналы для воды и воздуха, ведущие в подпочвенный слой.
Вдобавок к их влиянию на дренаж и аэрацию, дождевые черви также влияют на другие физические свойства почвы. Количество пор увеличивается и плотность сухого вещества грунта уменьшается, когда черви прорывают свои ходы через почву. Обработка почвы, выполняемая червями, сильно увеличивает количество макропор (диаметр>0,5 мм) и создает сеть каналов и пустот в почве. Эта сеть может быть длиной 4000 – 5000 км на одном гектаре и туннели могут уходить на 2–3 м в глубину. Туннели выступают в качестве магистралей для корней в почве. За несколько лет, на каждом гектаре земляные черви поднимут на поверхность в виде экскрементов десятки тонн земли.
Биология почвы улучшается естественным образом с того момента, как активность земляных червей стимулирует деятельность микроорганизмов, широко распространяя грибы и бактерии в почвенном профиле. В конечном итоге это влияет и на химический состав почвы, т.к. эффективность почти всех питательных веществ увеличивается после прохождения их через кишечник червей. Например, в экскрементах червей концентрация нитратов в 8 раз выше, чем в остальной почве. Экскременты червей действуют как клей между частицами почвы, который улучшает агрегационную стабильность и структуру почвы.
Дождевые черви чувствительны ко многим компонентам современного сельского хозяйства, таким как пестициды и уплотнение почв размножение. Агротехнические приемы можно классифицировать по вреду, причиняеы. Обработка почвы является важным фактор, т.к. он тревожит червей, нарушая системы их ходов. Это особенно актуально в сентябре и октябре, когда происходитмому червям в следующем порядке: прямой посев < поверхностная культивация < культивация по стерне < безотвальная вспашка < вспашка с оборотом пласта.
Воздействие вспашки на червей является предметом дискуссий. Одно исследование показало, что в результате вспашки 10% от общей массы червей оказываются на поверхности. Птицы съедают третью часть, остальные две третьих находят способ избежать гибели и вернуться в грунт.
Для поддержки червей важно их регулярно кормить. Лучший способ сделать это – включить в севооборот клевер. Тем не менее, любой прием, увеличивающий количество органического вещества в почве, является позитивным фактором для численности дождевых червей. Зеленые удобрения и сидераты также отличный корм для них.
Всего за несколько лет активного использования севооборота, содержащего злаковые травы и клевер вместо озимой пшеницы, численность червей на данных культурах может быть увеличена на 100%. Поэтому черви – хороший индикатор плодородия почвы. Там, где они процветают, будет процветать и культура.
Корни ведут скрытую жизнь под землей. На 1 гектаре озимой пшеницы может быть до 300000 км корней, обеспечивающих культуру водой и питательными веществами. Хорошо развитая корневая система - это результат хорошего структурирования почвы, она имеет большое значение для получения высоких урожаев.
Корни удерживают растение в почве и снабжают водой и питательными веществами. Форма и внешний вид корневой системы обычно генетически предопределены, так же как у листьев и стеблей, находящихся на поверхности. Тем не менее, окружающая среда в почве (глина, песок и др.) ограничивает развитие корней. В хорошо-дренированных глинистых почвах, корни растений могут достигать 2-3 м.
Двудольные, например, масличные культуры, имеют стержневую корневую систему, которая состоит из главного и боковых корней.
Однодольные, например, зерновые, имеют мочковатую, состоящую из 3-5 первичных корней, развивающихся из семени, и придаточных, формирующихся из базальной части стебля. Через 20-30 см неразветвленных корней, растение закладывает очень ветвистую систему.
Во время самого активного роста корни двигаются через почву со скоростью примерно 0,5-3 см в день. Однако развитие корней зависит от трещин и пустот, т.к. их способность создавать их собственные каналы ограничена. Во влажной почве вершины корней могут вымещать частицы почвы, но в сухой им необходимо искать каналы с диаметром большим своего. Механическое сопротивление почвы отражается утолщением кончика корня и увеличением разветвленности. Корни и дождевые черви помогают друг другу тем, что корни используют ходы червей, которые в то же время могут воспользоваться старыми корневыми туннелями для движения через почвенный профиль.
Корни очень эффективно всасывают воду и питательные вещества. На кончике корня есть корневой чехлик, и за ним имеется зона деления, где клетки делятся и растут. После зоны деления находится зона всасывания, которая состоит из тоненьких корневых волосков, диаметром около 0,01 мм и длиной 1-10 мм. Эти волоски значительно увеличивают всасывающую способность корней. Всасывающая площадь корней пшеницы, имеющих диаметр около 0,5 мм, за счет корневых волосков может достигать 5 см2 на 1 см длины корня. Вышеописанные волоски покрыты слизью, что еще больше увеличивает контакт с почвой.
Эффективность всасывания корневой системой воды и питательных веществ зависит от того, насколько хорошо она проникает через почву. Этот фактор часто зависит от количества длины корней на 1 см3. У зерновых оно равно 10 см/см3, тогда как это число уменьшается до 0,1 см/см3 с увеличением глубины на 1 метр. Значит, верхний слой почвы содержит 100 м корней, когда в одном литре подпочвенного (глубина 1 м от поверхностного) слоя имеется всего 1 м. Длина каждого корня также невероятно велика. Например, под одним м2 поля сахарной свёклы находится около 10 км корней.
Озимая пшеница имеет еще большую плотность корневой системы: около 30 км корней на м2. Это означает, что один гектар поля озимой пшеницы питается за счет 300 000 км корней, лежащих в почвенном слое.
Солома должна быть слегка повреждена комбайном, чтобы её поверхность могли атаковать почвенные организмы, затем солому необходимо быстро заделывать для прохождения процесса разложения не на поверхности почвы. При правильном использовании солома становится ценным вкладом в почву. Она улучшает ее структуру и делает более пористой.
Когда солома смешивается с почвой, ее немедленно атакуют грибы и бактерии. Этим микроорганизмам для роста необходимы карбонаты (CO3), они используют солому как источник углерода и энергии. Это значит, что микроорганизмы разрушают солому, уменьшая ее фактическую массу.
Если стерня заделана в почву в середине сентября, уже к середине октября ее вес уменьшится на треть. К следующей весне будет разрушена еще половина массы. В сентябре, через год после заделки, останется лишь 10-20%. Остальное количество углерода превратится в новые бактерии и грибы, уйдет в атмосферу в виде углекислого газа, либо сформирует новые устойчивые органические соединения в почве.
Конечно, во время разложения, микроорганизмы нуждаются в азоте. Поэтому в начале разложения этот процесс «крадет» некоторое количество азота из почвы и изолирует его от растений. На этот период блокируется около 3 кг азота на тонну соломы. Когда половина первоначального веса будет разложена, процесс оборачивается и азот возвращается в почву. В то же время уровень минерального азота в почве достаточно высокий, и дефицит его из-за процессов переработки растительных остатков возникает крайне редко. Тем не менее, на концах гона и отдельных участках, которые комбайн пропустил, может возникать недостаток азота из-за слишком большого количества накопленной соломы.
В то время как глубина обработки не имеет значения для разложения, важно, чтобы поверхность соломы была очищена при прохождении через комбайн. Если нет, микроорганизмы не могут влиять на органические структуры на поверхности соломы. Именно поэтому соломенная крыша может выдерживать дождь, снег и влияние микроорганизмов в течение десятилетий.
Если солома, используемая для кровли, была пропущена через комбайн, и ее поверхность была поцарапана, она больше не будет пригодна в качестве кровельного материала.
Деструктуризация соломы начинается, как только происходит контакт с грунтом, и её атакуют микроорганизмы. Разложение лучше всего происходит в верхнем слое почвы толщиной 5 см. Длина соломенных частиц не имеет значения для разложения. Сильное измельчение не оправдано, поскольку последующее стерневое лущение позаботится о соломе.
Однако если стерня лежит на поверхности, с ней могут происходить различные негативные явления. Ливневые дожди могут привести к потере соломой 90% калия и 60% фосфора, которые будут вымыты обратно в почву.
В отличие от сжигания соломы, воздействие регулярного заделывания стерни включает в себя улучшение агрегационной стабильности, увеличение пористости, водной проводимости, повышение численности дождевых червей. Многие фермеры Европы заметили это отличие от сжигания соломы, которое было привычным во многих странах.
Максимальная влагоемкость – при максимальной влагоемкости все поры заполнены водой, как в случае с нахождением ниже грунтовых вод, например, после таяния снегов и постоянных дождей.
Полевая влагоемкость - в полевой влагоемкости свободная вода уходит с к дренажной глубине 1м. Это состояние часто называют равновесием дренажа, поскольку вода перестает течь в стоках / канавах. В вышеприведенном профиле почвы более крупные поры заполнены воздухом в полевых условиях, а более мелкие поры все еще содержат воду.
Постоянная точка увядания - когда вода в почве связана с силой извлечения воды, превышающей 150 м толщины водяного столба (1500 кПа), корни больше не могут ее извлекать. Этот предел называется постоянной точкой увядания и представляет собой воду, содержащуюся в порах с диаметром, меньшим 0,002 мм.
Структура - структура почвы относится к пропорциям минеральных частиц с различным средним диаметром, то есть относительным пропорциям песка, ила и глины, в частности, согласно таблице «Распределение частиц по размерам» в главе «Структурный состав почвы».
Подпочва – часть почвенного профиля, находящаяся прямо под поверхностным слоем, и зачастую не зависящая от нормальной обработки почвы (глубокой вспашки), но иногда она может затрагиваться глубоким рыхлением.
Поры – пустоты, каналы и трещины в почве, которые заполняются водой, либо воздухом, в зависимости от фактической влажности почвы.
Плотность сухого вещества – так же называется объемным весом, является соотношением веса почвы к её объему, включая воздушные поры, некоторые типы почв высушиваются при t до 105ОС.
Экскременты – фекалии/отходы кишечника земляных червей, которые хорошо различимы в виде небольших кучек вокруг выхода каналов на поверхности земли.
Нитраты – растения обычно поглощают большое количество азота, доступного в виде нитратов, NO3, находящегося в почве, а также в минеральных удобрениях. В почве, специализированные бактерии трансформируют аммоний, NH4, через нитриты, NO2, в нитраты. Процесс называется нитрификацией.
Однодольные – растения, прорастающие только из одной семядоли (например, спаржа и зерновые).
Двудольные – растения, прорастающие обеими семядолями (например, масличные культуры, горох, бобы, лён, сахарная свёкла).
Подпочва – часть почвенного профиля, находящаяся прямо под поверхностным слоем, и зачастую не зависящая от нормальной обработки почвы (глубокой вспашки), но иногда может затрагиваться глубоким рыхлением.
Диоксид углерода – газообразный продукт (СО2) клеточного дыхания корней, который, наряду с водой, является составной частью успешного процесса фотосинтеза.
Водная проводимость - количество воды, которое может проникнуть в почву за определенный промежуток времени. Является хорошим показателем того, насколько хорошо функционирует почва с физической точки зрения.
