Влияние уплотнения почвы на здоровье почвы и с/х культур
В данном разделе мы рассмотрим, как уплотнение почвы влияет на физические, химические и биологические свойства почвы, а также на рост и здоровье сельскохозяйственных культур.
Одним из наиболее непосредственных эффектов уплотнения почвы является увеличение ее объемной массы. Объемная масса почвы — это масса высушенной в печи почвы в стандартном объеме почвы, обычно выражаемая в г/см3. Оптимальная объемная масса почвы зависит от ее структуры. Когда объемная масса превышает определенный уровень, рост корней ограничивается. Поэтому при обработке почвы необходимо учитывать влияние на ее объемную массу. Например, почвы под системой No-till обычно имеют более высокую объемную массу, чем недавно обработанные почвы. Однако из-за более высокого содержания органических веществ и большей биологической активности структура необработанной почвы может быть более благоприятной для роста корней, несмотря на более высокую объемную массу.
- Пористость
Увеличение объемной массы ведет к уменьшению пористости почвы, что негативно влияет на рост и функционирование корней. Крупные поры (так называемые макропоры), которые необходимы для движения воздуха и воды в почве, являются наиболее подверженными уплотнению. Исследования показывают, что большинству растений необходима пористость, заполненная воздухом, более чем на 10%. Увеличение уплотнения приводит к сокращению количества дней с достаточным процентом пористости, что негативно сказывается на росте и функционировании корней. Важно отметить, что обработка уплотненных почв делает их более восприимчивыми к повторному уплотнению. Одно исследование сравнивало общую пористость и макропористость поля с пористостью пахотной почвы. Однако разрушение плужной подошвы произошло только в одном случае глубокой обработки почвы, тогда как в другом случае плужная подошва восстановилась после многих лет обработки и передвижения по полю. Результаты исследования указывают на уменьшение количества крупных пор плужной подошвы и неблагоприятное влияние повторного уплотнения. Почва без обработки, которая не подвергается уплотнению в течение длительного времени, сохраняет свое прежнее состояние.
- Структура почвы
Уплотнение почвы негативно сказывается на ее структуре, что приводит к образованию более плотной структуры с меньшим количеством естественных полостей. В случае пастбищной почвы, которая долгое время не подвергалась обработке, структура почвы хорошо развита благодаря высокому содержанию органических веществ и тонкой корневой системе трав. Даже при осадках такая почва не будет размываться, так как агрегаты очень прочны, а водопроницаемость высока. Под верхним слоем почвы видны поры, образованные деятельностью почвенных животных, таких как дождевые черви, а также разложившиеся корни. Однако после воздействия плуга на почву, структура верхнего слоя значительно ослабевает. Дождевые капли, попадая на поверхность, быстро создают уплотнение, которое при высыхании образует корку. В результате, водопроницаемость такой почвы быстро снижается. Ниже обработанного слоя образуется очень плотный слой, известный как "подошва", а на более глубоких уровнях вспахивания видны лишь несколько пор, обусловленных деятельностью почвенных животных и разложившихся корней. Хотя глубокое внесение удобрений в пахотный слой в некотором смысле помогает, оно не способствует улучшению структуры почвы. Для того чтобы улучшить структуру почвы, необходимо стимулировать биологическую активность почвы путем уменьшения механической обработки и увеличения количества органических веществ, вносимых в почву.
- Почвенная биота
Почва содержит огромное количество организмов, которые можно разделить на микро-, мезо- и макрофауну. Среди них бактерии и грибы играют важную роль, питаясь органическими веществами и живыми растениями. В одной и той же почве сосуществует до 10 тонн живых корней и 40 тонн "мертвого" органического вещества. Большинство бактерий и грибов выполняют полезные функции, разлагая растительные остатки, высвобождая питательные вещества и формируя агрегаты. Некоторые из них, как ризобии, обеспечивают растения азотом, а некоторые грибы живут в симбиозе с корнями растений, способствуя усвоению фосфора и калия. Несмотря на это, лишь незначительная часть бактерий и грибков оказывает негативное влияние, вызывая заболевания растений. Бактерии и грибы занимают нижние позиции в почвенной пищевой цепи, питаясь другими организмами, такими как простейшие, нематоды и членистоногие.
Уплотнение почвы оказывает влияние на среду обитания почвенных организмов, уменьшая размер пор и изменяя физические свойства почвы. Мельчайшие организмы, такие как бактерии и грибы, могут выживать в порах, которые трудно уплотнить. Простейшие, в свою очередь, крайне малы и мало подвержены действию уплотнения. В то же время, численность нематод, скорее всего, сократится в результате уплотнения, поскольку уменьшится доступное им поровое пространство. Это может повлиять как на "плохих" нематод (питающихся корнями), так и на "хороших" нематод (питающихся грибами и бактериями). Возможно, что уплотнение повлечет за собой увеличение популяции бактерий, так как число хищников сократится.
Уплотнение почвы оказывает также косвенное влияние на почвенную биоту. Из-за замедленного просачивания воды в уплотненную почву могут долго сохраняться периоды ее насыщения. В результате некоторые почвенные организмы начинают использовать нитраты вместо кислорода, что приводит к денитрификации. Некоторые анаэробные бактерии выделяют сероводород, который токсичен для многих растений и обладает характерным запахом. Замедленное разложение органических веществ и снижение биологической активности являются общими характеристиками уплотненных почв.
Уплотнение почвы также влияет на более крупных почвенных животных, таких как мезо- и макрофауна. Животным, не роющим норы, например клещам, моллюскам и личинкам мух, будет особенно сложно существовать в уплотненной почве. Роющим животным, таким как дождевые черви, термиты, муравьи и жуки, свойственно более эффективно справляться с такими условиями, но они также страдают от негативных последствий.
Почвенные организмы играют чрезвычайно важную роль в производительности и экологических функциях почвы, особенно в безотвальной обработке. Поэтому снижение их активности, вызванное уплотнением, вызывает озабоченность. Однако высокая биологическая активность безобработанных почв способствует их быстрому восстановлению после уплотнения. Тем не менее, для поддержания высокой продуктивности почвы следует избегать уплотнения в любой степени.
- Инфильтрация и просачивание воды
Уплотнение почвы приводит к уменьшению макропор, что снижает пропускную способность почвы, как при насыщении водой, так и в ненасыщенном состоянии. Насыщенная гидропроводность описывает движение воды через полностью насыщенную почву, тогда как ненасыщенная гидропроводность описывает движение воды в не насыщенной почве. В случае уплотненных почв, ненасыщенная гидропроводность иногда увеличивается. Это имеет важное значение, когда вода должна достигать корней растений. Следовательно, уплотненные почвы часто не так чувствительны к засухе, как неуплотненные, при условии равной размерности корневой системы, что, как правило, не является случаем. Окончательный эффект уплотнения заключается в том, что сельскохозяйственные культуры легче подвержены повреждениям от засухи из-за ограниченности корневой системы.
Если почва проходит обработку после уплотнения, скорость инфильтрации будет высокой из-за грубой и неровной структуры почвы. Подготовка посевного ложа для разбивания комьев включает несколько проходов трактором по полю. Это уменьшит шероховатость поверхности, но уплотненная почва, которая была обработана, содержит более крупные частицы, чем та же почва, которая не была уплотнена. Следовательно, уровень инфильтрации в уплотненной почве сразу после обработки может быть все еще достаточно высоким. Воздействие дождевых капель на поверхность почвы и последующие движения по полю в значительной степени уменьшают эту явную преимущественную способность. В полевых условиях это приводит к образованию колеи от колес, где накапливается вода, а также к стоку воды и эрозии, особенно на склонах.
- Рост корней
Рост корней в уплотненных почвах ограничен из-за максимального давления, которое корни могут развивать. Это давление имеет предел, выше которого корни не могут проникнуть в почву. Однако стоит отметить, что во многих случаях образуются трещины, через которые корни все же могут распространяться, поэтому полное отсутствие роста корней вряд ли возможно. Вместо этого корни будут концентрироваться в областях над уплотненными зонами почвы или рядом с ними. Помимо сопротивления проникновению, корням также мешают повышенные анаэробные условия в плотных почвах. Замедление роста корней ограничит основные функции корневой системы, такие как удержание урожая и поглощение воды и питательных веществ. Кроме того, исследования показывают, что плотность почвы снижает формирование клубеньков у бобовых культур, например, сои, что негативно сказывается на азотном питании таких культур.
- Поглощение питательных веществ
Уплотнение почвы оказывает влияние на поглощение питательных веществ. Это воздействие на азот проявляется несколькими способами:
(1) ухудшение внутреннего дренажа почвы приведет к увеличению потерь при денитрификации и меньшей минерализации органического азота;
(2) потери нитратов при выщелачивании сокращаются;
(3) возможно увеличение потерь органического азота, содержащегося в органическом веществе, а также поверхностного внесения азотных удобрений;
(4) диффузия нитратов и аммония к корням растений будет происходить медленнее на уплотненных влажных почвах, но быстрее на сухих.
Уплотнение приводит к менее эффективному использованию азота и необходимости вносить больше для получения того же потенциала урожайности. Уплотнение сильно влияет на усвоение фосфора, поскольку фосфор очень неподвижен в почве. Для обеспечения поглощения фосфора необходимы обширные корневые системы. Поскольку уплотнение снижает рост корней, поглощение фосфора в уплотненной почве подавляется. На усвоение калия это повлияет почти так же, как и на усвоение фосфора.
📚 Источник: перевод по материалам Effects of Soil Compaction
Автор: Sjoerd Willem Duiker, Ph.D., CCA; Professor of Soil Management and Applied Soil Physics
www.extension.psu.edu
Нет комментариев