При длительной эксплуатации сельскохозяйственных машин и агрегатов  образуются  переуплотнения «плужная подошва»   нарушающая водно-воздушный режим, физико-механическая свойства почвы. Засоление и уплотнение почв происходит даже при наличии хорошо действующей коллекторно-дренажной сети.

В связи с этим возникает необходимость восстановления почвенного профиля, структура которого нарушена в результате эксплуатации земли, являющейся, по определению А.Н. Костякова [4], составной частью оросительной системы. Эту технологическую операцию в составе капитального ремонта мелиоративных систем можно выполнять с помощью комбинированной орудии (глубокорыхлителей) при одновременном внесении мелиорантов и удобрений.

Глубокое рыхление существенно изменяет структуры почвы, физико-механический, водно-воздушный,  химический и пищевой режимы слоев, позволяет аккумулировать поверхностный сток, требует квалифицированного выполнения согласно разработанной технологии.

 Глубокое рыхление является важной составной частью технологии выращивания  урожаев на пахотных землях, лугопастбищных угодьях, в садах и виноградниках. Также, глубокое рыхление необходимо сочетать с внесением химических мелиорантов, минеральных и органических удобрений, применением  глубокой корневой системой, интенсивной агротехникой с учетом зональных почвенно-климатических условий [1].

В условиях Российской Федерации глубокое рыхление применятся на землях  сельскохозяйственных  предприятии в Поволжье, Северном Кавказе, Краснодарское крае, Нечерноземной зоне РФ, Сибири и на Дальнем Востоке. При выборе почвенных массивов  для глубокого рыхления следует учитывать следующее [1].:

— климатические особенности территории, состав и свойства почв для обоснования целесообразности и эффективности их глубокого рыхления;

— потребность и состав сельскохозяйственных и агромелиоративных мероприятий, обеспечивающих создание необходимых условий возделывания сельскохозяйственных культур для получения высоких урожаев;

— водно-физические свойства почвы, определяющие ее потенциальное плодородие, толщину гумусового горизонта, наличие бесструктурных слоев и физико-химический состав почв.

Сельскохозяйственная обработка почв на основе глубокого рыхления почвенного массива на глубину Н = 0,3…0,5 м позволяет устранить негативные явления, связанные с различного рода уплотнениями почвенных горизонтов, и представляет собой перспективную систему почво защиты путем глубокой обработки почв, направленную на сохранение плодородия земель и увлечения урожайности сельскохозяйственных культур.

Разработка поставленной проблемы потребовала комплексного решения взаимосвязанной совокупности научных и практических задач, базирующихся на исследованиях системы «почва — рабочий орган — машина тракторный агрегат» [3]. После проведения промывок засоленных земель и длительного орошения при частых поливах большими поливными нормами имеет место уплотнение корнеобитаемого слоя почв, ухудшение водно-физических свойств его  (увеличение объемной массы до 1400…1600 кг/м³ и уменьшение водопроницаемости до 0,1 м / сут.). Для обеспечения нормальных условий роста и развития корневой системы растений на этих землях следует проводить глубокое рыхление корнеобитаемого слоя, которое увеличивает  объемную массу на 18…22% и увеличивает водовместимость в 6…10 и более раз [2].

Как показали исследования в Заволжье при выборочной мелиорации замкнутых понижений лощин, блюдец и так далее, [4].   В результате глубокого рыхления прилегающей водосборной площади поступление воды в понижения сократилось на 55…64%. При этом, глубина промерзания на водосборной площади после рыхления уменьшилась на 0,3 м,  а в понижениях на 0,2 м.  Это обеспечивает проведения весенних работ в более ранние сроки на 10…14 дней, чем  на землях, где не проводилось  глубокое рыхление.

Поливные нормы из условий повышенной скорости впитывания оросительной воды в почву устанавливают по формуле А.Н. Костякова, [5].

                                    (1)

Проведение глубокого рыхления наблюдается существенное уменьшение плотности слоев по всему почвенному профилю (на 20…24%), достигая оптимальных для растений значений 1200…1350 кг/м³. Пылеватая фракция («физическая глина») обуславливает наиболее неблагоприятные физические свойства почв: ухудшает их вода и воздухопроницаемость, способствует их   малоструктурности, а  при выполнении весенне-осенней пахоты приводит к усилению тягового сопротивления рабочих органов. А нашей целью является как раз снижение тяговых сопротивлений, используя новые модели рыхлителей.

Применение глубокого рыхления в условиях каштановых, дерново – подзолистых  почв, сероземов, способствует регулированию температурного режима почвы ,снижая дневную температуру по всему профилю в среднем на 1…2˚ (от 3…7˚ на глубине 0,05 м до 0…2˚ на глубине 0,4…0,6 м), а также уменьшает амплитуду колебаний температуры, особенно в верхних слоях (до 50%). Разрыхленная этим способом почва прогревается равномерно по всей глубине. Среднесуточное испарение с поверхности почвы сокращается на 11% за счет снижения температуры верхнего слоя [6], создания мелко-комковатой структуры, увеличения ее порозность (на 5…10%) и повышения воздухоемкости. В условиях орошения повышение урожайности сельскохозяйственных культур ограничивается низкой аэрацией почв (их воздухоемкость менее 10%), препятствующих развитию корневой системы растений. Для увеличения аэрации почв их водопроницаемости при орошении дождеванием и влагонакопления за счет атмосферных осадков на тяжелых почвах, которых только в Поволжье, Закавказье, Казахстане и на Украине более 60% (черноземные, каштановые и бурые полупустынные почвы), объемное рыхление выполняют на глубину 0,5…0,8 м. [6]

В зонах недостаточного и неустойчивого увлажнения глубокое рыхление выполняют в целях накопления естественных осадков.

Под воздействием глубокого рыхления наблюдается уменьшение средней плотности слоев по всему почвенному профилю (на 20…24%),  которое достигает оптимальных для растений значений. В таблице 1 представлены результаты анализов проведенного рыхления почв на глубину 0,6 м в одном из совхозов Средней Азии (Узбекистан), [7].

Таблица 1

 Изменение водно-физических свойств сероземной почвы при примение глубокого рыхления

Из таблицы 1 видно, что в результате глубокого рыхления плотность почвы уменьшилась на 15…20% (с 1470-1510 до 1300-1390 кг/м³) и достигла  оптимального значения. При этом плотность твердой фазы почвы осталась практически неизменной. Увеличилась пористость в подпахотном горизонте (с 40-42% до 45-49%) при практически неизменном значении φ (прочносвязанная вода). При глубоком рыхлении почвенного профиля, с увеличением пористости почвы увеличивается ее аккумулирующая способность и  повышается эффективность использования атмосферных осадков [8].

Механическое разрыхление почвенного профиля вместе с уменьшением плотности обеспечивает повышение ее пористости и воздухопроницаемости. В то же время уже к концу вегетационного периода наблюдается естественное увеличение равновесной плотности почвы с 1230-1320 кг/м³ до 1260-1390 кг/м³ (в слое 0-0,4 м). Но это изменение в обоих случаях не превышает 1…2% на разрыхленных участках пористость почвы будет постепенно снижается до исходной. Наблюдения показывают, что со временем разрыхленная почва уплотняется. По степени распространенности уплотненные почвы по (Ударника ДорНИИ) с С = 1…4 число ударов динамического плотномера 1^ой категории грунта и С = 5…8 число ударов динамического плотномера 2^ой категории грунта, распространены на площади 60-70% от общей площади нечерноземных почв, имеющих общие уплотнения, «плужную подошву» и иллювиальный горизонт. Эти почвы в первую очередь требуют глубокой обработки с внесением удобрение. В настоящее время для глубокой обработки почв, находят применение плоскорезы, чизели и щелеватели   выполненные в виде вертикальной стойки с лемехом различной конфигурации. Чтобы повысить зону рыхления к боковым поверхностям стоек прикрепляют так называемые крылья для увеличения вертикальной составляющей силы орудия способствующей  возникновению перемещения и взаимоистирания элементов почв. Новым направлением в конструкциях глубокорыхлителей (комбинированного орудия) являются  рыхлители в виде двух наклонных стоек, соединенных в нижней части лемехом. Подводимая к ним энергия концентрируется между стойками, которые создают дополнительные подъемные силы. Эти орудия работают в зоне рыхления выше критической глубины резания, без уплотнений почвы и образования вертикальных щелей в почвах различной влажности, что расширяет возможности их применения. Новые орудия, одним из которых является комбинированный рабочий орган, находятся еще в начальной стадии развития, но они показали положительные результаты на нечерноземных почвах в России, Украине, а также хлопковых полях Узбекистана и  целины Казахстане [6].

На основании выполненного анализа установлено, что глубокая обработка уплотненных почв является системным мелиоративным мероприятием, выполняемым один раз в 3 — 4 года, а среди разуплотняющих технических агрегатов  предпочтение отдается  глубокорыхлителям. В тоже время их конструкция недостаточно совершенна, требует дальнейшей  модернизации с целью снижения энергоемкости процесса  и обеспечении сельскохозяйственных и агротехнических требований [5]:

— большая полнота рыхления на глубину корнеобитаемого слоя почвы;

— продолжительность эффекта разуплотнения почвенного профиля при возделывании высокоэффективных культур (сахарная свекла, кукуруза, люцерна и др.) и непрерывное повышение плодородия нечерноземов;

— высокая производительность рабочего органа и низкая стоимость  в условиях фермерских хозяйств, низкая стоимость работ;

— не допускать сплошную «плужную подошву» при работе глубокорыхлителям (орудиям), не поднимать на поверхность неплодородные слои почвы.

Выводы

В данной работе обосновано применение глубокого рыхления переуплотненных и солонцеватых почв – как эффективного мелиоративного метода, направленного на сохранение продуктивности мелиорируемых земель. Подтверждено, что способы технологии глубокого рыхления зависит от почвенно — климатических условий региона, вида и сроков возделывания сельскохозяйственных культур. Уточнены допустимые пределы механических и водно-физических свойств разуплотненных почв, с целью получения высоких и стабильных урожаев.