ЗНАЧЕНИЕ ПЛОТНОСТИ ПОЧВЫ В ФОРМИРОВАНИИ ПРОДУКТИВНОСТИ ЗЕРНОВЫХ КУЛЬТУР

Уровень развития растениеводства в современных условиях должен обеспечивать дальнейшее увеличение производства зерна, кормов и другой разнообразной растениеводческой продукции для перерабатывающих промышленных предприятий за счёт внедрения новых культур, сортов и на основе применения прогрессивных технологий возделывания их с учётом почвенно-климатических условий каждого региона и зоны.

Качественная характеристика посевного материала по основным показателям - энергии прорастания и лабораторной всхожести в условиях, оптимальных для роста и развития, а также с учётом факторов, угнетающих рост проростков (плотность почв и механический состав), выявляют реакцию сорта на изменение этих условий прорастания.

С давних времён проводилось изучение различных методов оценки и условий выращивания растений, делались попытки установить связь между различными морфологическими, физиологическими показателями исследуемых семян и урожайностью посевов. Однако оценка условий, влияющих на рост и развитие культуры, не будет считаться полной, если не рассмотрен комплекс характеристик, объединённых в понятие физико-механические свойства почвы. Эти свойства играют весьма существенную роль не только при операциях по обработке почвы, но и при рассмотрении условий произрастания растений, так как именно они часто определяют сопротивление распространению корневых систем в почве, прорастанию семени и появлению всходов.

Плотность почвы и методы её определения

В настоящее время имеются большие возможности в регулировании основных факторов плодородия: водного, воздушного и теплового режимов, структуры, плотности почвы и др. За счёт этого можно повысить урожайность зерновых в условиях Западной Сибири до 30-35 ц/га.

В природе существует закон незаменимости факторов роста и развития растений, который очень часто ставит предел в повышении продуктивности сельскохозяйственных культур. Поэтому реально получаемая урожайность будет зависеть не только от комплекса агротехнических приёмов, тщательности и обоснованности их проведения. Недостаточный учёт значимости каких-либо факторов или их взаимодействия резко снизит продуктивность растений и окупаемость проведённых затрат.

В повышении культуры земледелия значительная роль принадлежит физике почв как науке о физических условиях в почве, о водном, воздушном и тепловом режимах почвы, её плотности и структуре.

Основным положением учения В.Р.Вильямса является утверждение, что только структурная почва может быть плодородной и только на ней можно получить высокий урожай сельскохозяйственных растений

Наиболее существенное воздействие структура оказывает на плотность (объёмную массу) почвы, её поровое пространство, т.е. на объём пор, распределение их по размерам. Иногда сумму этих свойств почвы называют её сложением.

Плотность, или объёмная масса, почвы является её основной физической характеристикой. Нет ни одной обработки почвы, которая не оказывала бы существенного воздействия на её плотность.

Плотность накладывает отпечаток на весь комплекс физических условий в почве: на её водный, воздушный, тепловой режимы, а следовательно, и на условия биологической деятельности. Можно, например, указать, что все возрастающая плотность подпахотных слоёв почвы в настоящее время у наших соседей (Швеция и др.) признана весьма угрожающей, и требуется принятие государственных мер для устранения угрозы снижения урожайности сельскохозяйственных культур [8].

Под плотностью понимают массу абсолютно сухой почвы в единице объёма. Таким образом, определяется, во сколько раз сухая почва при естественном сложении легче или тяжелее воды, плотность или удельная масса которой, как известно, при +4 равна 1. Из этого определения вытекает размерность этой характеристики почвы - г/см3 [14J.

Методы определения объёмной массы почвы также вытекают из приведенного выше определения этой характеристики. Задача заключается в том, чтобы извлечь образец почвы известного объёма, но без нарушения естественного строения почвы, взвесить его, определить, сколько во взятом образце содержится воды, по разности между общей массой образца и весом содержащейся в нём воды определить массу сухой почвы. Частное от деления массы сухой почвы на объём, занимаемый ею, даёт плотность - г/см3.

В настоящее время уже предложено множество методов определения объёмной массы почвы. Как правило, любой из них сводится к взятию образца почвы цилиндром с известной массой и объёмом. Для этого предложены специальные буры: Дояренко-Некрасова, Геммерлинга, Качинского и др.[27].

Прибор Качинского применяется при двух размерах цилиндров: d=57 мм и v=100 см3; d= 87 мм и v=500 см3. Цилиндры погружают в почву с помощью специального направителя и шомпола.

Принцип измерения плотности почвы с помощью зонда Геткке состоит в том, что его коническое остриё погружают в почву и измеряют требуемую для этого силу. При этом почва, находящаяся перед остриём, сдвигается в сторону под действием нажима острия, и образуется скважина. Если почва рыхлая, то требуется небольшое усилие. В уплотнённой почве остриё должно сдвинуть почву значительно дальше в сторону, для чего требуется большее усилие.

Метод Жонса заключается в следующем. В воздушный резервуар объёмом около 2000 см3 накачивается воздух. К резервуару присоединён цилиндр, и сжатый воздух давит на находящийся в цилиндре поршень. К поршню через шток прикреплён стальной стержень с наконечником.

Сила сжатого воздуха приводит в движение поршень, шток и стержень с наконечником. Присоединённые к воздушному резервуару манометры позволяют определить сопротивление, которое преодолевает наконечник при погружении в почву или грунт.

Погружение наконечника этого прибора в почву при применении сжатого воздуха происходит равномернее и медленнее по сравнению с другими приборами. Исключены и боковые отклонения аппарата, которых нельзя избежать, применяя ручной нажим.

Метод Высоцкого позволяет определить плотность почвы с большой точностью. В последней модели твердомера диаграммная запись заменена интегрирующим устройством, которое позволяет получить показатели твердости на циферблате - кг/см2.

В методе Ревякина твердомер устроен следующим образом. На шток диаметром 16 мм надевается рукоятка из 5/8 дм трубы; между шайбой на штоке и гайкой на рукоятке вставляется клапанная пружина. Шпилька в верхней части штока, проходящая сквозь прорезь в рукоятке, перемещает обойму самописца при вдавливании плунжера в почву.

Выше представлено определение плотности почвы с помощью нажимных зондов, но существует также определение плотности почвы с помощью ручных зондов. Это, прежде всего, методы Качинского, Шмиделя, Кирицэ, Голубева.

Также определение плотности почвы можно провести с помощью горизонтальных зондов: методами Линднера или Флореску.

Существуют радиометрические методы определения плотности почвы. Это метод Бера и Хельбига по определению плотности почвы с помощью гамма-зонда DS-1 и DS-2. Плотность почвы определяют по степени поглощения гамма-лучей в горизонтальном слое почвы длиной 30 см.

Метод Унгера основан на комбинировании гамма- нейтронного зонда.

Сущность гамма-скопического метода Емельянова заключается в просвечивании почвы гамма-лучами и выявлении степени ослабления интенсивности их просвечиваемым слоем по сравнению с интенсивностью при просвечивании воздуха.

Главное здесь сводится к тому, чтобы в процессе взятия образца для анализа внести как можно меньше нарушений в естественное строение почвы. Ясно, что угроза нарушения строения более всего выражена у стенок образца. Поэтому необходимо сделать так, чтобы «пристенный» эффект был бы минимальным. Это условие соблюдается в том случае, если размеры образца достаточно велики [14].

Специальные исследования Б.С. Лихачева показали, что диаметр цилиндра для взятия образца с ненарушенной структурой не должен быть меньше 60 - 70 мм. Кроме того, при малых размерах цилиндра образец не отражает многообразия трещин и ходов корней в почве [47].

Ниже описан метод полевого определения плотности или объёмной массы почвы, нашедший применение в практике. В наиболее характерном для исследуемой почвы участке поля выкапывают разрез, глубина которого на 50 см превышает глубину, до которой проводится определение объёмной массы. Определение ведут сверху вниз, для чего применяют цилиндры диаметром 112 мм и высотой 100 мм. Объём образца в таком цилиндре составляет около 1 л.

Для лучшего вхождения цилиндра в почву нижние края его заточены. На цилиндр надевается массивная крышка, ударами по которой цилиндр загоняют в почву.

При погружении цилиндра следует наблюдать, чтобы не происходило уплотнение почвы, особенно при последних ударах. Затем цилиндр с почвой аккуратно откапывают лопатой, лишнюю землю срезают ножом вровень с его краями и цилиндр с почвой взвешивают тут же в поле. После этого всю почву высыпают на лист бумаги, тщательно перемешивают и без задержки из неё берут в алюминиевые почвенные стаканчики пробы для определения влажности почвы.

Такую операцию обычно повторяют 3-6 раз. Большее число определений производят в тех случаях, когда почва явно неоднородна по плотности. Это обнаруживается при взвешивании цилиндров с почвой. Если разница в весах образцов почвы не превышает 20 - 25 г, то трёх повторений вполне достаточно.

Высота цилиндра 100 мм является наиболее удобной, так как она позволяет получать данные по объёмной массе двух половин пахотного слоя. В тех случаях, когда агротехническое воздействие сказывается, в основном, лишь до 5 см (прикатывание, боронование и др.), применяют цилиндр того же диаметра, но высотой 50 мм [50].

В зависимости от природы структуры почвы плотность её может меняться в широких пределах. У обыкновенных глинистых чернозёмов, в с ясно выраженной макроструктурой, плотность почвы в пахотном слое не повышается более, чем до 1,0 - 1,1 г/см3. У суглинистых серозёмов, с отлично выраженной микроструктурой, объёмной массой даже в пределах пахотного слоя доходит до 1,5 - 1,6 г/см'3.

Плотность почвы в пахотном слое других почвенных типов занимает промежуточное положение. В более глубоких слоях, где по той или иной причине порода лишена микроструктуры, отмечают плотность до 2,0 г/см3

Можно отметить ряд попыток исследователей оценить почвы по их плотности. Н.А. Качинский [27] отмечает, что плотность пахотного слоя нормальных почв должна колебаться в пределах от 1,0 до 1,4 г/см3, и в соответствии с этим меняется характеристика пашни: от культурной до сильно уплотнённой. Автор не принимает во внимание, что для структурных чернозёмов плотность 1,3 - 1,4 г/см3 практически исключена, в то время как для микроструктурных серозёмов и некоторых почв дерново-подзолистой зоны такая плотность может быть признана нормальной.

Уплотнённые же серозёмы нередко обладают плотностью пахотного слоя до 1,5—1,6 г/см3. Эти особенности различных типов почв по их уплотняемое™ не могут перекрываться приёмами обработки, так как для ряда культур обработка невозможна в процессе вегетации.

Г.С. Смородин, в течение ряда лет изучавший агрофизические свойства чернозёмов южного Приуралья, доказал, что объёмная масса при различных способах обработки меняется в широких пределах - от 0,7 до 1,3 г/ см3: рыхлый - от 0,8 до 1,0, уплотнённый - от 1,0 до 1,1 и плотный - от 1,1 до 1,3 г/см3. Это же наблюдается на целинных и вновь распаханных землях.

И.А. Дегтярёв говорит о том, что для тяжелосуглинистых чернозёмов верхний предел оптимальной плотности пахотного горизонта составляет 1,3 г/см.3 Эти учёные занимались изучением влияния основной обработки на свойства выщелоченного чернозёма.

В результате исследований было установлено, что объёмная масса верхней части пахотного горизонта почвы в период посева кукурузы в вариантах с ежегодной поверхностной обработкой дисковой бороной на 10-12 см составила 1,02 г/см3, с ежегодной вспашкой - 0,94 г/см.3, по безотвальной обработке - 1,1 г/см3. С увеличением глубины объёмная масса возрастает. Больше всего этот процесс проявлялся при мелкой обработке [20].

В.Г. Минеев считает, что почвенная структура складывается из почвенных частиц и их упакованности или плотности их расположения, которые определяют рыхлое или плотное сложение почв. Он считает, что для роста и развития полевых культур оптимальным значением плотности почвенного слоя на серых лесных почвах является 1,1-1,3 г/см3, однако отмечено, что и при плотности 0,9 г/см3 зерновые культуры дают хорошие результаты.

Разноглубинная отвальная обработка поддерживала плотность пахотного слоя в течение всей ротации севооборота в наиболее рыхлом состоянии. На других вариантах (бессменная вспашка, комбинирование разноглубинной, с нулевой, безотвальной с нулевой и др.) плотность увеличилась [6].

Многочисленные исследования И.Б. Ревута показали, что для обыкновенного чернозёма Воронежской области нормальной является плотность 1,0 г/см3, причём даже весной, после окончания весеннего снеготаяния, на поле озимой пшеницы не обнаруживалась плотность выше 0,95-1,0 г/см3.

Эти данные говорят о том, что плотность почвы следует рассматривать как характеристику почвенно-географическую, тесно связанную с содержанием гумуса и макроагрегатных элементов в почве.

Плотность почвы имеет явно выраженную динамику. В наиболее рыхлом состоянии почва пребывает в течение сравнительно короткого периода обработки. Затем начинается процесс её уплотнения, который выражен тем ярче, чем ниже структура почвы, чем больше осадков выпадает после обработки, а также в зависимости от типа обработки почвы и качества её выполнения.

Многие почвы сравнительно быстро доходят до известной плотности, и дальше, последняя мало меняется. Эта плотность может быть названа равновесной. Величина равновесной плотности является важной характеристикой каждой почвы [88].

Плотность почвы непосредственно воздействует на процессы жизнедеятельности растений. Вместе с тем, плотность следует рассматривать как первичный элемент всей физики почв. Именно от плотности почвы, от степени её уплотнённости зависят водный и воздушный, а часто и температурный режимы [89].

Установлено, что необрабатываемая почва в течение многих лет сохраняла свою плотность на одном уровне (1,1-1,24 г/см3). На основании чего учёные сделали вывод, что подобно тому, что в почве происходят процессы уплотнения, в ней происходят и обратные процессы-разрыхления.

Так, при повышении плотности от 1,0 до 1,6 г/см3 у суглинистой и тяжелосуглинистой почв скорость фильтрации снизилась в 15 тысяч раз, причём при высшей плотности она едва достигала 0,003 - 0,0003 мм/мин. Это значит, что каждый миллиметр осадков проникает в почву в течение многих часов и скорее испарится, чем пройдёт в почву.

М.С. Савицкий выявил значительное влияние осеннего увлажнения и плотности пахотного слоя на водопроницаемость выщелоченного чернозёма в весенний период. Увлажнение мёрзлой почвы до НВ при плотности 0,9 г/см3 снижает водопроницаемость в 10,8 раза, при 1,1 г/см3- в 50 раз.

Аналогичные исследования широко проводились за рубежом. В частности, H.L. Meredith, W.H. Patrick провели аналогичные исследования на трёх почвах штатах Луизиана. Они установили, что даже при приложении незначительного уплотняющего усилия водопроницаемость иногда падает до нуля. Но вместе с тем, этот эффект выражен по-разному у каждой из исследуемых трёх почв [90].

В литературе имеются также многочисленные данные по вопросу о роли плотности в процессах влагопроводности почвы. Можно считать установленным, что при высоком уровне увлажнения влага непрерывным потоком движется к зоне иссушения. Таков механизм иссушения плотной почвы. Поэтому при высокой влажности наиболее действенным способом снижения потерь воды на испарение является рыхление почвы, достигаемое так называемым покровным боронованием [47].

Важным фактором накопления и сохранения почвенной влаги является характер сложения пахотного слоя. Влияние уплотнения на водный режим почвы изучалось в вегетационных и полевых опытах Ф.Ш. Гарифуллиным. Вегетационные опыты ставились на объёмной массе 0,94 и 1,15 г/см3 при влажности 40, 60 и 80 % от полной влагоёмкости почвы, с растениями и без них.

Результаты вегетационных опытов показали, что уплотнение уменьшает испарение почвенной влаги при всех уровнях влажности и повышает урожайность яровой пшеницы [14].

Из всего сказанного можно сделать вывод, что плотность почвы является важным фактором накопления и сохранения почвенной влаги. Может быть, именно это обстоятельство служит объяснением тому известному положению, что при любых способах обработки почвы, если их плотности, в конечном итоге, не различаются между собой, водный режим, как правило, также мало различается.

Большой интерес представляют исследования процессов жизнедеятельности и продуктивности растений при различной плотности почвы. Х.Л. Мередит, В.Н. Патрик приводят данные зависимости между объёмной массой и проникновением корней суданской травы в подпахотном слое. Зависимость эта имеет прямолинейный характер. Однако в то время как на одной почве на каждый 0,1 г/см3 повышения плотности количество корней уменьшалось на 30 %, на других почвах эта зависимость выражалась слабее, прямые имеют более пологий уклон [90].

Т. Veimeyer and Herdrickson в ряде работ показали, что в глинистых почвах при плотностях 1,6-1,7 г/см3 вовсе не обнаруживаются корни растений, но были случаи, когда и при плотности 1,46 г/см3 корни уже не проникали в глину. При этом авторы считают, что при уплотнении почвы путём её обильного увлажнения, она остаётся более доступной для корневых систем, чем в случае её уплотнения механическим путём. Объяснение наблюдаемых закономерностей авторы находят не в отсутствии в почве воздуха, а в ничтожных размерах пор [92].

А.З. Латыпов отмечал, что для глинистых и суглинистых почв доступность для растений почвенной влаги зависит от плотности почвы [45].

Интересные данные о зависимости урожая некоторых сельскохозяйственных культур от плотности почвы на дерново-подзолистых суглинистых почвах Московской области приводит Г.И. Петр, который изучал эту зависимость в бездонных сосудах, закопанных в почву.

Опыт был повторён на небольших делянках. В этом случае самая высокая урожайность получена в сосудах с самой рыхлой почвой. По мере уплотнения почвы урожайность кукурузы резко падает. В сосудах с плотной верхней частью урожайность заметно ниже, чем при рыхлой верхней части пахотного слоя. Таким образом, в эти опытах получены убедительные данные о том, что на тяжелых почвах растения весьма отрицательно реагируют на уплотнение почвы.

На легких почвах, в известных пределах плотностей, имеет место прямая зависимость между урожайностью и плотностью (чем выше плотность, тем выше урожайность). Такой же ответ, правда менее ярко выраженный, получен и в опытах с овсом [48].

Необходимо отметить, что при исследовании зависимости урожая сельскохозяйственных культур от плотности наиболее достоверные данные можно получить в вегетационном опыте, при котором заданная плотность сохраняется в сосудах без изменений до конца опыта. При этом также не накладывается действие вторичных явлений. Например, различная влажность почвы вследствие разного впитывания влаги при возрастающей плотности. Явление равновесной плотности, свойственное для каждой почвы не позволяет содержать в поле заданную плотность в течение длительного времени.

В опытах Г.И. Петр сосуды имели объём 6 л. Повторность 4 — кратная. Полив производился снизу. Самая высокая урожайность наблюдалась при плотности почвы 1,10 г/см3. При более высокой плотности -1,35 г/см3 урожайность резко падала, что говорит об ухудшении почвенных условий.

Падение урожайности, по мере уплотнения разных типов почв, имеет свои особенности. Так, если рассмотреть отношение массы зерна при плотности 1,10 к массе его при 1,5 г/ см3, то на дерново-подзолистых почвах она составит 1,7, на каштановых - 1,5, а на чернозёмах это отношение достигает 3,5. Здесь падение урожайности овса выражено особенно резко.

Нельзя не отметить наблюдающееся в этом опыте интересное явление. При уплотнении чернозёма до плотности 1,5 — 1,6 г/см3 не происходит изменений ни в механическом, ни в микроагрегатном составе почвы.

Если говорить о гумусе и элементах питания растений, то их удельное содержание (например, если их выразить в граммах на литр почвы) резко возрастает. Это сопровождается чрезвычайно резким ухудшением почвенных условий жизни растений и не менее катастрофическим падением урожайности овса. Единственной причиной этого явления является резкое ухудшение макроструктуры почвы, снижение общей пористости и коренное изменение соотношения между порами крупных и малых размеров. При этом полностью исчезают поры некапиллярных размеров.

Казалось, что из этих данных можно было сделать вывод о том, что лучшей надо признать плотность 1,10 г/см3 и её следует рекомендовать в качестве оптимальной для многих почв, но необходимо учитывать, что такая плотность не может стабильно поддерживаться на всех почвах. После посева, в результате оседания почвы под влиянием осадков и силы тяжести, они будут стремиться к равновесной плотности. Это неминуемо вызовет повреждение корешков и снижение урожайности. Поэтому оптимальной для каждой почвы будет та плотность, ниже которой она не бывает в течение вегетационного периода [50].

Только макроструктурные почвы способны длительно и стабильно поддерживать пашню в рыхлом состоянии. В этом заключается важнейшая особенность и преимущество макроструктурных почв по сравнению с микроструктурными и бесструктурными.

Высокая плотность на чернозёмах всё же ниже, чем очень рыхлое состояние подзолистых почв и серозёмов [1].

Важное значение имеют работы по выяснению механизма и причин отрицательного действия высокой плотности почвы на условия накопления урожая сельскохозяйственных культур.

Известно, что уплотнённые почвы представляют значительное механическое препятствие для распространения в почве корневых систем сельскохозяйственных растений. Высказываются также обоснованные сомнения в возможности проникновения в почву корешков, когда диаметры пор станут меньше 2-3 десятков микрон.

Имеются также сомнения в доступности воды для растений в плотных почвах, так как размер пор здесь настолько снижается, что почти вся вода может оказаться в зоне действия поверхностных сил почвенных частиц. Это приводит её к переходу в состояние, недоступное для растений, так как силы молекулярной связи воды почвенными частицами оказываются выше сил корневого всасывания.

Таким образом, при последовательном уплотнении наблюдается следующее: уменьшается общий объём, занимаемый почвой. В этом объёме увеличивается доля, занимаемая недоступной влагой. Объём пор аэрации остаётся на прежнем уровне, а на долю доступной влаги приходится меньшая часть.

При плотности около 1,5 - 1,6 г/см3 на долю доступной влаги приходится 5—10 % всего объёма почвы. Это значит, что доступная для растений влага имеется в почве лишь при очень высоком влагосодержании в ней. У супесчаных почв это явление выражено иначе. Но если учесть, что на таких почвах полевая влагоёмкость невысокая, то и в этих почвах, по мере уплотнения, запас доступной влаги оказывается незначительным [37].

При уплотнении почвы уменьшаются средние размеры пор. По измерениям Г.С. Смородина, для дерново-подзолистой тяжелосуглинистой почвы при плотности 1 г/см3 - 36,4 % общей пористости приходится на поры размером более 60 и, в то время как при плотности 1,6 г/см3 - лишь 11% пористости приходится на поры этих размеров.

Иная картина наблюдается на супесчаной почве. Для почв разного механического состава повышенная плотность сказывается по-разному. Например, на супесчаных почвах кукуруза слабо реагирует на уплотнение почвы [48].

Выше уже отмечалось, что повышенная плотность почвы на тяжёлых почвах отрицательно сказывается на урожае сельскохозяйственных культур прежде всего тем, что в почве оказывается в минимуме доступная для растений влага.

Накопленные данные говорят о том, что чем суше почва, тем большее угнетение испытывают растения от избыточной плотности на тяжелых почвах. И наоборот, при частых осадках и высокой влажности почвы отрицательный эффект от уплотнения практически не проявляется даже на средних и тяжелых почвах [39].

Все эти данные приобрели особую актуальность сейчас, когда значительная часть пахотных земель занята пропашными культурами. Теперь открылась широкая возможность для регулирования плотности почвы в течение значительной части вегетационного периода [42].

Необходимо также учитывать, что до сих пор основной целью междурядной обработки пропашных культур является борьба с сорной растительностью. По мере того как широкое применение гербицидов будет всё полнее решать проблему уничтожения сорняков, всё большее значение будет приобретать обработка почвы в целях улучшения водных и других физических условий в почве.

Всестороннее изучение этих вопросов дает основание рассматривать пахотный слой дифференцированно в отношении его плотности. Нижняя часть его, как правило, подвергается обработке и рыхлению задолго до начала посева. За это время он успевает достаточно уплотниться. Опасность повреждения корневых систем культурных растений вследствие оседания почвы практически отсутствует. Поэтому трудно представить себе случай, когда необходимо дополнительное уплотнение нижней части пахотного слоя.

Другое дело, верхняя часть этого слоя, где последняя обработка -рыхление - часто осуществляется незадолго до посева. К посеву этот слой не успевает уплотниться, т.к. он еще находится в рыхлом состоянии. Между тем, процессы набухания и прорастания семян, а также процессы кущения и образования вторичных корней, по данным многих авторов, требуют, чтобы почва в этом слое не была излишне рыхлой, чтобы оседание здесь происходило как можно быстрее.

Достаточной уплотнённости верхней части пахотного слоя, за исключением самых верхних слоёв 2-3 см, во многих случаях требуют интересы сбережения почвенной влаги. Именно этим объясняется высокая эффективность прикатывания почвы. Плотность верхнего слоя после прикатывания не должна превышать равновесную для данной почвы. Следовательно, разные типы почв надо уплотнять по-разному: одни - сильнее, другие - слабее.

Необходимо всегда учитывать весь комплекс изменений, вносимых в почвенные условия жизни растений уплотнением или рыхлением почв. Это особенно важно в условиях интенсивной системы земледелия [30].

Плотность почвы выражается в г/см3 и характеризует способность данного субстрата создать для растений оптимальные условия роста и развития. Имеется много вариантов отбора образцов и устройств для их осуществления. Основной частью устройства остается определенного объема цилиндр, который забивают или вдавливают в почву. Чем большее усилие прилагается для погружения цилиндра в почву, тем сильнее деформируется почвенный горизонт и снижается надежность полученных результатов. В данном случае наиболее оптимальным вариантом отбора образцов будет не вдавливание цилиндра в почву, а сверление и помещение полученного керна в определенного объема цилиндр.

На рисунке 33 изображено устройство для отбора образцов и определения плотности почвы. Устройство включает стакан 1, штангу 2 и ручку 3. Стакан состоит из двух половинок, соединенных между собой штоками 4, а в середине помещен мерный цилиндр 5 для почвы. Нижняя часть стакана выполнена на конус 6 с одинаковым внутренним диаметром цилиндра и рабочей части 7 стакана.

Устройство для отбора образцов почвы

Рисунок 33 - Устройство для отбора образцов почвы

Для определения плотности почвы раскрывают половинки стакана 1 и помещают в него мерный цилиндр 5. Половинки стакана соединяют штоками 4. Вращая стакан 1 за ручку 2, погружают его в почву. Рабочая часть стакана должна быть заточена и при необходимости сделана волнистой. При достижении нужной глубины (5 или 10 см), стакан вынимают из почвы, открывают и берут мерный цилиндр 5 с образцом. Лишнюю почву срезают ножом и ставят стакан в сушильный шкаф. Образец при температуре 105°С доводят до сухого состояния, взвешивают и выражают в г/см3.

Устройство для отбора образцов позволяет провести анализ плотности почвенных горизонтов с минимальным нарушением их естественного сложения.

Устройство для измерения твердости почвы

По мере накопления научных знаний и создания новых средств уничтожения сорной растительности, в том числе в посевах культурных растений, идет совершенствование технологии возделывания зерновых и пропашных культур, механические обработки заменяются гербицидными, что существенно влияет на сложение пахотного слоя почвы. Среднесуглинистые почвы с высоким содержанием гумуса без механических обработок за счет природных механизмов поддерживают равновесное состояние плотности в пределах 1,05- 1,15 г/см3, что соответствует оптимальным условиям роста и развития большинства культурных растений. На почвах тяжелого механического состава, с небольшим запасом гумуса, а также солонцеватых плотность почвы достигает 1,2-1,3 г/см3, что отрицательно влияет на продуктивность культурных растений.

При нулевой обработке почвы необходимо постоянно определять ее физическое состояние. Наиболее распространенным способом оценки физического состояния почвы является определение ее плотности. Для этого в почву на определенную глубину забивают или вдавливают мерные стаканы с точно определенным объемом. Отобранные по горизонтам почвы образцы высушивают, взвешивают и рассчитывают объемную массу в г/см3.

Но данный анализ очень трудоемкий и одновременно характеризуется низкой точностью определения. Оценка плотности, в основном, проводится в научных исследованиях и практически не применяется в производственных условиях.

Наиболее близким решением по технической сущности может быть твердомер Алексеева. Твердомер состоит из динамометра, включающего цилиндр поршень и манометр. К нижней части динамометра прикреплен стержень, заканчивающийся наконечником.

С помощью описанного устройства определяют твердость почвы в вертикальном направлении. Но в естественных условиях корни растений растут как в вертикальном, так и горизонтальном направлении. На плотных почвах корни растений для своего развития используют рыхлое пространство, оставшееся после отмирания корней предыдущей культуры, ходы дождевых червей и т.д. В горизонтальном направлении таких пустот очень мало, что затрудняет распространение корней в ширину и уменьшает объем используемой почвы для питания. Вертикальная плотность может быть низкой за счет ходов от сгнивших корней растений, по которым с минимальным сопротивлением двигается наконечник твердомера. В горизонтальном направлении плотность почвы может быть намного выше. Измерение горизонтальной и вертикальной твердости почвы необходимо проводить в едином блоке. Это позволит точнее оценить твердость почвы, особенно при многократных повторениях.

Целью изобретения является создание устройства для определения вертикальной и горизонтальной твердости почвы.

На рисунке 34 схематично изображено данное устройство. Оно состоит из платформы 1 с фиксаторами 2, штоков 3, измерительных механизмов 4. Причем платформа имеет горизонтальную 5 и вертикальную 6 плоскости, на которых смонтированы пластины 7 со штоками. Пластины через отверстия 8 в плоскостях соединенны П- образной вставкой 9 с измерительных механизмом, помещенным в П- образную вставку и контактирующим с плоскостью платформы; причем штоки на горизонтальной и вертикальной плоскостях одинаковы по длине и располагаются рядами.

Работает устройство следующим образом. Анализируемый слой почвы зачищают сверху и выкапывают углубление с боковой стороны. На подготовленный почвенный разрез устанавливают платформу 1 и закрепляют фиксаторами 2. Нажимают на П- образную вставку 9, которая передает усилие на платформу 7 и штоки 3 вдавливаются в почву. Измерительный механизм фиксирует нагрузку в граммах. Он может быть выполнен в виде тарированной сжимающейся пружины и измерителя типа ИЦ-10. Зная площадь сечения штоков, можно рассчитать твердость в г/см2. Расположение штоков рядами позволит приблизить показатель твердости к условиям прорастания семян и формирования проростков, которые в большинстве случаев высеваются рядами.

Устройство для измерения твердости почвы

Рисунок 34 - Устройство для измерения твердости почвы

Применение предлагаемого изобретения позволит определить вертикальную и горизонтальную твердость почвы и оценить ее способность без обработки формировать высокий урожай полевых культур.

Сила роста как показатель интенсивности развития растений выражается в величине развиваемого ростками давления и может характеризовать их способность проникать через плотные слои почвы.

Имеется устройство для определения силы роста проростков, включающее силоизмерительный механизм 1, емкость 2 для проращивания семян. Воспринимающий элемент выполнен в виде конусообразного концентратора 3 ростков с отверстием 4 в узкой верхней части и снабжен прижимной планкой 5 для перекрытия отверстия. Концентратор имеет размещенный внутри его пористый материал 6, он установлен над емкостью для проращивания семян и размещен на станине 7. Узкая часть концентратора помещена в кольцо 8 горизонтальной планки 9, соединенной с измерительным механизмом (рисунок 35).

Устройство для определения силы роста

Рисунок 34 - Устройство для определения силы роста

Работает устройство следующим образом. Семена яровой пшеницы, ячменя помещают в емкость 2 на увлажненное ложе. В емкость опускают конусообразный концентратор 3 ростков с пористым материалом 6 и все это ставят на станину 7. Сверху на конусообразный концентратор 3 надевают кольцо 8 с горизонтальной планкой 9 и включают силоизмерительный механизм 1. Формирующиеся ростки проникают через пористый материал 6 и концентрируются в отверстии 4. При необходимости часть отверстия перекрывают прижимной планкой 5 для полного учета возникающей при росте ростков силы. С помощью измерительного устройства 1 периодически или в конце исследований определяют давление сформировавшихся ростков. Использование автоматических устройств позволит выявить динамику развиваемой ростками силы и на основании этого говорить о качестве посевного материала и проникающей способности ростков.

Устройство для проращивания семян.

В сельскохозяйственном производстве качеств семян зерновых культур оценивается по таким основным показателям, как лабораторная всхожесть, чистота, масса 1000 зерен и зараженность вредителями и болезнями. Основным оценочным показателем служит лабораторная всхожесть. Она достаточно надежно характеризует партии семян, и при многократном повторении анализа можно получить сравнимые результаты, которые отличаются между собой в пределах ошибки опыта. Недостатком лабораторной всхожести семян с производственной точки зрения, является низкая сходность между собой лабораторной и полевой всхожести, различия могут достигать 30 - 50 %, что затрудняет получение оптимального количества всходов.

Разработан показатель силы роста семян зерновых культур. Наиболее распространен морфофизиологический способ оценки качества посевного материала. Для исследования берут полосу фильтровальной бумаги шириной 8- 10 см. На расстоянии 2,5 - 3 см от края проводят черту и на нее раскладывают анализируемые семена в количестве 100 шт. зародышем вниз. Семена сверху прикрывают полиэтиленовой пленкой, полосы скручивают в рулон и ставят в емкость с водой на проращивание. Вода поднимается по фильтровальной бумаге вверх, смачивает семена, и они прорастают. Через 4-5 дней рулон разматывают и подсчитывают количество семян, у которых проростки вышли за пределы фильтровальной бумаги.

Морфофизиологический способ позволяет провести сравнительный анализ семян зерновых культур и выявить наиболее ценные партии для посева. Среди недостатков описанного способа можно назвать неоднозначность полученной информации в зависимости от срока учета. Поэтому трудно получить сравнимые результаты при многократном проведении анализа.

Наиболее близким решение по технической сущности и достигаемому эффекту может быть авторское свидетельство №1500178, М. Кл. А01 С 1/ 00.

Устройство состоит из ложа для семян и сосуда, выполненного из прозрачного материала в виде конуса, основание которого размещено в поддоне. На дно поддона установлен под углом к поверхности конуса направитель роста, взаимодействующий с выступом конуса. Там же размещены подпружиненные створки, взаимодействующие с конусным уплотнителем, которые имеют тягу для перемещения и фиксации по вертикали, соединенную с планкой. Семена исследуемой культуры укладывают на ложе, засыпают сверху песком. Затем поддон устанавливают в сосуд, наполняют его песком и уплотняют, чтобы не было пустот. Если остались пустоты, то поднимают вверх конусный уплотнитель, добиваясь их устранения. Затем устройство с семенами устанавливают в термостат и через 10 дней производят подсчет ростков на любом уровне определения (3- 5- 8 см).

Применение устройства позволяет определить количество сформировавшихся ростков семян зерновых культур по слоям почвы и на основании этого прогнозировать полевую всхожесть семян и рассчитать норму высева. Однако в данном устройстве проростки растут строго вверх, а в полевых условиях они при встрече с препятствием отклоняются в сторону и росток чаще всего бывает изогнутым в различном направлении, причем многократно. И чем длиннее росток, тем больше таких изгибов.

Целью изобретения является создание устройства для оценки силы роста, позволяющее выявить устойчивость и проникающую способность ростков семян зерновых культур.

На рисунке 36 изображено устройство для проращивания семян.Оно включает емкость 1 для семян и песка, преграду 2 для ростков, которая сделана прозрачной в виде овала. Она опускается на выступы 3, контактирует с песком и жестко соединяется с емкостью защелками 4. Между преградой и стенкой емкости имеется свободное пространство, а норма высева рассчитывается по следующей формуле.

М*Квс*100

В=-----------------, где:

Ч*((Ва*К)+Вб)

В - норма высева, кг/га;

М - масса 1000 зерен,г;

Квс - число всходов, шт/м2;

Ч - чистота семян %;

Ва - число ростков с длиной 3 см;

Вб - число ростков длиннее 3 см;

К - коэффициент.

Работает устройство следующим образом. Анализируемые семена раскладывают в центре по длине емкости 1 и засыпают увлажненным до 60 % от полной влагоемкости песком или почвой. Сверху на песок опускают преграду 2. При необходимости дополнительно заполняют пустоты под преградой песком. Преграду закрепляют на емкости 1 защелками 4. устройство с семенами ставят в термостат с температурой 20 °C. Через 7-8 дней проращивания подсчитывают количество ростков, которые только вышли из песка и более длинные. С помощью нанесения на прозрачную преграду делений, например в см, можно сгруппировать ростки по длине и, тем самым, рассчитать глубину их заделки. Оптимальной глубиной заделки семян считается та, которая соответствует длине ростков, когда их количество составляет не менее 75 % от числа всхожих семян. Например, количество ростков вышедших из песка глубиной 3 см составило 55 шт., а 5 см длины достигло 17 шт. Всхожесть семян равна 95 %, полевая всхожесть при данных параметрах равна 76 %, максимальной глубина заделки будет 5 см. На основании полученной информации можно рассчитать норму высева. Например, М-35 г; Квс - 350 шт.; Ч - 99 %; Ва - 55 шт.; Вб - 20 шт.; К - 0,9.

35*350*100

В=---------------------------= 171 кг/га

99*((55*0,95)4-20)

Применение данного устройства позволит оценить проникающую способность ростков семян зерновых культур, определить глубину их заделки и рассчитать норму высева.

Устройство для проращивания семян

Рисунок 36 - Устройство для проращивания семян

Намного сложнее изучить особенности развития корневой системы растений. Корни не развивают большого давления, в основном, они раздвигают почвенные частицы и используют естественные пустоты между структурными агрегатами. На развитие корневой системы плотность почвы оказывает решающее значение. При ее сильном уплотнении корни в данном горизонте не развиваются, что влечет за собой снижение урожайности. Для оценки взаимосвязи между почвой и корневой системой растений предлагается устройство для измерения сопротивления почвы проникновению ростков.

Устройство содержит сосуд 1, в который помещают почву, силоизмерительное устройство 2, шарнирно-рычажную систему 3, которая связывает силоизмерительное устройство 2 с подвижной стенкой 4. В сосуде 1 установлены перфорированные преграды 5, на которых слоем, соприкасаясь друг с другом, расположены металлические шарики 6. Преграды установлены наклонно в сторону к подвижной стенке так, что крайние металлические шарики контактируют с подвижной стенкой (рисунок 37).

Устройство для определения сопротивления почвы проникновению ростков

Рисунок 37 - Устройство для определения сопротивления почвы проникновению ростков

Семена зерновых культур помещают в сосуд 1 с почвой для проращивания. По мере роста растений корневая система проникает через отверстия в преграде 5, раздвигая при этом металлические шарики, которые передают усилие на подвижные стенки 4 сосуда 1. Изменение положения стенки измеряется силоизмерительным механизмом. Проведенные исследования показывают, что величина отхода стенки достигает 0,8 - 0,9 см. На точность измерения влияет излишний полив растений, поэтому его проводят строго определенным количеством воды.

 
Посмотреть оригинал
< Пред   СОДЕРЖАНИЕ ОРИГИНАЛ   След >