Взмет пашни

Пахота - самый распространенный прием обработки почвы. Во все времена она заслуженно считалась и считается основой земледелия. Еще в XVIII в. первый русский агроном И. Комов говорил: "Пахота есть главное в земледелии дело".

"Коль не пашешь поле,
 Где ты сеешь семя,- 
 Вырастит лишь горе,
 Труд потратишь, время", 

- так пели старые переселенцы.

Пахота наиболее трудоемкая и энергоемкая операция. Чтобы иметь представление, что такое пахота в масштабе всей страны, приведем несколько цифр.

В СССР ежегодно пахота проводится на площади 224 млн. га, на что затрачивается около 3,3 млн. тонн горючего, расходуется свыше 500 млн. руб. На вспашке ежегодно занято до 600 тыс. механизаторов.

При вспашке на глубину 20 см общий объем земли, переворачиваемой всеми пахарями страны за одну смену, превышает 500 кубических километров! Воздействие человека на почву через обработку требует особой осторожности в выполнении этой операции. Всякая ошибка здесь неизбежно распространяется на сотни миллионов гектаров и может принести огромный вред, поэтому нужно умело применять этот прием в системе агротехнических мероприятий с учетом всех последствий. Если вспомнить требования, которые предъявляются к пахоте, станет ясно, что это, если не ювелирная работа, то близкая к ней. Не случайно поэтому даже пахари-асы, съезжающиеся на ежегодные всесоюзные соревнования, все-таки допускают одну-две ошибки при вспашке.

Вспашка преследует три основные цели: оборачивание, рыхление и перемешивание почвенного пласта. Правда, строгого научного определения цели отвальной вспашки нет. В большинстве случаев эта важная часть окультуривания почв обходится, по словам немецкого агронома-почвоведа Вольни (1846 - 1901), "рецептами, выработанными на основании эмпирических, в определенных местах проведенных опытов", но эти рецепты не могут рассматриваться как общие.

Тем не менее сейчас многие данные подтверждают необходимость отвальной вспашки в большинстве почвенно-климатических зон нашей страны, там, где нет угрозы ветровой эрозии.

Оборачивание почвы сопровождается взаимным перемещением верхнего и нижнего слоев в вертикальном направлении. При этом верхний, распыленный и уплотненный, слой, содержащий, как правило, большее количество питательных веществ, перемещается в нижнюю, более влажную, часть пашни, питательные свойства которой определяют урожай. Одновременно при оборачивании заделываются пожнивные остатки, дернина, навоз, минеральные удобрения, осыпавшиеся семена сорных растений, возбудители болезней и вредители растений.

На черноземных почвах вспашкой вовлекается в обработку подпахотный горизонт, имеющий лучшие физические свойства и меньшую засоренность. На дерново-подзолистых почвах этим приемом постепенно окультуривают подзолистый горизонт и увеличивают глубину пахотного слоя. В тех районах, где выпадает много осадков, вспашка препятствует вымыванию мелкодисперсных частиц почвы и питательных веществ в нижние горизонты.

Оборачивание почвенных пластов выполняют специальными рабочими органами со сложной криволинейной поверхностью. Ширина и толщина пласта определяются шириной захвата корпуса плуга и глубиной вспашки. Процесс оборота несложен и схож с процессом кантования ящика. Способ вспашки, сопровождаемый полным оборотом пласта на 180°, называют "оборот пласта", а вспашку с неполным оборотом пласта (только на 135°)-"взмет пласта". Одновременно с оборотом происходит рыхление и перемешивание почвы.

Рыхление почвы сопровождается изменением взаимного расположения почвенных отдельностей, их размеров и образованием крупных пор. Оно связано с проблемой так называемой плотной упаковки равных тел, с тем чтобы в любом месте слоя пористость была одинаковая.

У подножья старинных военных памятников лежат иногда пушечные ядра в виде пирамиды - верхнее ядро лежит на четырех других, они, в свою очередь, на девяти ниже расположенных ядрах и т. д. Каждое попавшее внутрь пирамиды ядро касается двенадцати других - четырех в своем слое, четырех внизу и четырех вверху. Это так называемая кубическая плотная упаковка, описанная Кеплером. Если положить пирамиду на бок, то получится другой способ упаковки ядер, но плотность ее та же самая (точнее, ее значение, т. е. отношение заполненного пространства к "воздуху", равное 0,7408).

Вопрос об упаковке по отношению к почве не праздный и не абстрактный. Он связан с созданием определенной пористости, воздухо- и водопроницаемости почвы, так как каждое растение требует почву определенной рыхлости. Рыхлость обычно оценивается плотностью почвы, то есть весом единицы объема почвы. Большая рыхлость соответствует меньшей плотности.

Вспашка сопровождается большим или меньшим рыхлением почвы. Под воздействием рабочего органа плуга в почве возникают внутренние усилия (напряжение), деформации, нарушение межагрегатных связей, крошение и взаимные перемещения почвенных отдельностей. В этом процессе можно выделить три элемента: источник энергии, приемник и передатчик энергии и обрабатываемый материал.

Источником энергии служит трактор; приемником и передатчиком энергии - рабочие органы плуга, а также их рабочая поверхность, через которую энергия проникает в материал, подлежащий обработке, а аккумулятором энергии является почва, которая получает определенное количество механической энергии, изменяет свое физическое состояние и приобретает новое качество.

Закономерность перехода почвы из одного состояния в другое пока хорошо не изучена, потому что почва, по словам известного советского почвоведа С. X. Пигулевского, "странным образом занимает среднее место между телом непрерывным и телом сыпучим". Это определяется свойствами почвы как многофазной, неоднородной и несплошной среды. Почва состоит из твердых структурных элементов, определенным образом сложенных в почвенном слое; промежутки между ними заполнены водой и воздухом. Кроме того, почва густо населена живыми организмами. Твердые элементы сами по себе тоже неоднородны; они собраны из различных минеральных и органических частиц.

Крошение почвы происходит в основном в результате сжатия и отбрасывания ее рабочей поверхностью отвала. При этом степень крошения зависит от скорости движения рабочего органа: чем больше скорость движения рабочего органа, тем сильнее крошение. Однако чрезмерное увеличение или уменьшение скорости движения плуга одинаково чревато вредными последствиями. В первом случае происходит сильное распыление почвы, во втором - недостаточное крошение. Поэтому для всякой конструкции рабочего органа плуга предусмотрен свой диапазон рабочих скоростей, при которых достигают наилучшего качества пахоты.

Для экономии энергии лучше было бы не сжимать почву, а растягивать. Предел прочности почвы при растяжении равен в среднем 50 - 60 г/см2, при сдвиге - 100 - 120, а при сжатии - 650 - 1680 г/см2. В последнее время ведутся работы по созданию орудий для крошения почвы с помощью рабочих органов, под воздействием которых основной деформацией почвы станет растяжение или сдвиг. При такой обработке не только уменьшилась бы энергоемкость процесса, но снизилась бы вероятность разрушения структурных элементов почвы.

Перемешивание почвы сопровождается изменением взаимного расположения почвенных отдельностей и удобрений. Оно способствует созданию однородного пахотного слоя и равномерному распределению растительных остатков, сидератов, удобрений в толще пахотного слоя. Необходимых результатов при рыхлении и перемешивании можно добиться только при обработке почвы в состоянии физической спелости. Спелая почва легко крошится на комочки размером 10 - 12 мм. Физической спелости почва достигает только при определенной влажности. В зависимости от типа, структурности и глинистости влажность, соответствующая спелости почв, колеблется от 60 до 90% полевой влагоемкости. Спелая почва не прилипает к рабочим органам, обернутый пласт не блестит и распадается на мелкие комочки.