Почвенные горизонты: что скрыто под пашней и как влияет на урожай

Обычно хозяйство знает два параметра: тип почвы по старой карте и содержание гумуса в пахотном слое. Но корни озимой пшеницы уходят на полтора-два метра, подсолнечника — еще глубже. Урожай формируется не в верхних 25 сантиметрах, а во всем почвенном профиле.

Два участка одного поля с одинаковой обработкой и одной дозой удобрений могут давать урожай с разницей в полтора раза, и причина чаще всего скрыта в профиле почвы. В статье разбираем, из чего состоит почвенный профиль, как каждый горизонт влияет на воду, питание и обработку, и что хозяйство может узнать о своей земле уже в этом сезоне.

Если выкопать яму глубиной в полтора метра, на ее стенке будут видны слои разного цвета, плотности и структуры. Это генетические горизонты. Они образуются сотни и тысячи лет, пока вода вымывает одни вещества сверху вниз, а растения и микроорганизмы накапливают другие.

В российской и международной классификациях обозначения немного различаются. Приведем расшифровки условных обозначений:

Разница между типами почв — это в первую очередь разница в мощности и наборе горизонтов. С.М. Каюгина и Д.И. Еремин (Государственный аграрный университет Северного Зауралья) описали 330 разрезов серых лесных почв Тюменской области.

У светло-серой лесной почвы гумусовый слой всего 12-20 см, а под ним кислый белесый горизонт часто с кремнеземистой присыпкой. Для улучшения свойств таких почв проводят мероприятия по окультуриванию, производят вспашку, чтобы перемешать гумусовый горизонт и гумусово-элювиальный. Это может изменить рН пахотного горизонта, но позволяет избежать угнетение корневой системы в элювиальном горизонте.

У темно-серой почвы гумусовый слой в два раза толще, элювиального горизонта нет, а карбонаты лежат близко. По строению она ближе к чернозему, и работать с ней можно почти как с черноземом.

У типичного чернозема гумусовый горизонт 60-80 см и ниже сразу карбонатный слой. У дерново-подзолистой почвы Нечерноземья гумуса 15-20 см, под ним мощный подзолистый горизонт, потом тяжелый иллювиальный. У каштановой почвы юга гумуса 25-40 см, карбонаты и гипс близко к поверхности, нередко встречается солонцовый горизонт.

В агрохимическом паспорте поля указано содержание гумуса в пахотном слое: 3%, 5%, 7%. Но для урожая важнее общий запас, а он зависит от мощности горизонта. Чернозем с 5% гумуса в слое 70 см и серая лесная почва с 5% в слое 18 см — это разные почвы по влагоемкости, буферности и способности держать питание.

Гумусовый горизонт определяет:

С.И. Коржов и соавторы из Воронежского государственного аграрного университета три года сравнивали технологии на выщелоченном черноземе. При no-till в слое 0-20 см весной было 17-20 мм доступной влаги против 10-14 мм при традиционной и органической технологиях, а дождевых червей в два раза больше. Прибавка урожая озимой пшеницы составила 1,7-2,7 т/га. Главная причина — мульча на поверхности и нетронутая структура гумусового слоя.

Гумусовый горизонт разрушают два процесса. Водная и ветровая эрозия смывает и сдувает его с поверхности: на склонах потери доходят до нескольких тонн почвы с гектара за год, и за 30-50 лет пашня на склоне теряет 10-20 см плодородного слоя. Дегумификация — это разложение органики быстрее, чем она накапливается. Она идет при интенсивной обработке без возврата растительных остатков. На черноземах Центральной России за сто лет распашки содержание гумуса упало в среднем на треть.

Потерянный слой восстанавливается по сантиметру в столетие. Мощность и состояние гумусового горизонта важны для агрономической оценки земли. Их влияние на кадастровую стоимость, аренду и рыночные цены расчитывают по специальным методикам.

Н.В. Перфильев и О.А. Вьюшина из НИИ сельского хозяйства Северного Зауралья 30 лет вели стационарный опыт на темно-серой лесной почве и сравнивали отвальную, безотвальную, плоскорезную и поверхностную обработки. Результат оказался неожиданным, если смотреть на почву целиком, и понятным, если смотреть по слоям.

В верхнем слое 0-10 см все системы улучшили структуру: ценных агрегатов стало больше на 10-16 %, коэффициент структурности вырос на 66-120%. А вот в слоях 10-20 и 20-30 см при ресурсосберегающих технологиях при безотвальной и поверхностной обработках ценных агрегатов стало меньше на 18-45 %, зато выросла глыбистость. Отвальная вспашка структуру нижних слоев сохранила.

Вывод для практики: оценивать результат обработки надо по горизонтам. Хорошая структура сверху не гарантирует, что под ней все в порядке.

Если годами обрабатывать почву на одну глубину, рабочие органы трамбуют слой сразу под ней. Так может образоваться плужная подошва: плотная прослойка, через которую плохо проходят корни и вода. Риск ее формирования связан не только с воздействием рабочих органов, но и с движением техники и влажностью почвы во время работ. В.П. Власенко, А.В. Осипов и В.В. Костенко из Кубанского ГАУ измерили ее на черноземах Краснодарского края: мощность 6-12 см, глубина залегания 19-27 см, плотность 1,41-1,56 г/см³ при 1,17-1,34 г/см³ в пахотном слое. На ровных участках подошва лежит на 24-27 см, в западинах поднимается до 19-22 см, и там почва переувлажняется сильнее.

Если обследование подтвердило наличие плужной подошвы можно рассматривать глубокое рыхление, в том числе чизелевание. Оно способствует проникновению воды, воздуха и корней в уплотненные слои. При локальном распространении проблемы можно обрабатывать отдельные выявленные зоны, а не все поле. Общее правило: менять глубину основной обработки из года в год, а глубокую обработку, глубокое рыхление и др. планировать при уплотнении почвы и под требовательные культуры.

Запас продуктивной влаги считают в метровом слое, и его распределение по горизонтам определяет, как культура переживет засуху. Для устойчивости к засухе важны не только общий запас воды, но и ее распределение по глубине и доступность для корней. Влажность, влагоемкость и запас продуктивной влаги — разные показатели: не вся вода, которую удерживает почва, доступна растениям. Гумусовый горизонт при хорошей оструктуренности впитывает воду быстро, иллювиальный может быть более плотным, менее водопроницаемым и иметь другой гранулометрический состав, тогда может происходить временное удержание влаги на стык горизонтов.

В пределах одного поля водный режим может различаться из-за неоднородности гранулометрического состава, мощности слоев и их водопроницаемости. Поэтому одинаковое количество осадков необязательно обеспечивает одинаковый запас доступной воды.

Исследования М.В. Рублюка, Д.А. Иванова и О.В. Карасевой из Почвенного института им. В.В. Докучаева на дерново-подзолистой почве в Тверской области показали, как сильно это меняется в пределах одного холма. На южном склоне почва супесчаная, морена глубже метра, влагоемкость 18-20 %. На северном склоне легкий суглинок, морена на глубине 50-60 см, влагоемкость 22-27 %. Один и тот же дождь на двух склонах одного поля дает разный запас воды.

Этот пример показывает, почему при оценке неоднородности поля важно учитывать не только положение участка в рельефе, но и свойства почвы — гранулометрический состав, глубину залегания почвообразующей породы.

Профиль показывает проблемы с водой раньше, чем они проявятся на урожае:

По этим признакам принимают решения о дренаже, гипсовании, выборе культур и сроках сева. Интенсивное земледелие может быть ограничено на таких участках, при большой конкурентности проблемных участков рекомендуется менять агротехнологию и пересчитывать интенсификацию.

Нитратный азот растворим и легко вымывается вниз по профилю с осадками, особенно на легких почвах. Осенью внесенный азот к весне может оказаться на глубине 60-100 см, куда корни молодых растений еще не достают. Фосфор и калий — малоподвижные элементы: они остаются там, куда их внесли, и накапливаются в пахотном слое. Поэтому калий и фосфор можно вносить в запас, а азот — дробно и по фазам.

У подзолистых и серых лесных почв в питание вмешивается кислый горизонт А1А2. При распашке он частично попадает в пахотный слой, снижает pH и емкость поглощения, что может приводить к ухудшению усвояемости минеральных удобрений. Рекомендуется проводить агрохимическое обследование почв и при необходимости известкование.

Из этого следует простое правило для агрохимического обследования. Пробы на фосфор, калий и pH берут из пахотного слоя 0-20 или 0-25 см. Пробы на нитратный азот — по слоям через каждые 20 см: 0-20, 20-40… 80-100 см, иначе запас будет занижен или завышен. И брать их нужно в одних и тех же точках с координатами из года в год: только так видна динамика, а не разброс от того, что в этом году попали в понижение, а в прошлом на бугор. Важно учитывать влажность почвы, предшественника и плотность для получения корректных данных.

На одном поле чаще всего расположено несколько разных почвенных ареалов. Более контрастную картину мы видим на дерновых, дерно-подзолистых, светло-серых и серых лесных почвах. Для зоны лесостепи с черноземами характерны более обширные по площади почвенные ареалы, и поля не такие контрастные. Наибольшие территории, занятые одинаковыми почвами, — это степные районы.

Фосфора в низу южного склона в три раза больше, чем на северном, и все равно урожай там самый низкий: не хватает воды. Если это поле удобрять по средней норме, на вершине фосфора будет мало, внизу южного склона его станет еще больше при той же нехватке влаги. Деньги потрачены, отдачи нет.

Исследователи ГАУ Северного Зауралья получили тот же результат на другом масштабе: даже внутри одного подтипа серых лесных почв мощность горизонтов варьирует на 15-23 %. При работе на таких почвах требуется индивидуальный подход.

Решение — определить потенциал каждого поля и проблемные участки, поделить поле на зоны с похожими свойствами и работать с каждой отдельно. Зоны выделяют по нескольким слоям данных: агрохимическое обследование по сетке (по рельефу, продуктивности или ГОСТ), карты урожайности с комбайна за несколько лет или вегетационные индексы и рельеф. Там, где все слои данных показывают стабильно слабый участок, причину чаще всего можно найти в почвенном профиле — развитие эрозионных процессов, переувлажнение, уплотнение, засоление. Туда нет смысла вносить повышенную дозу минеральных удобрений — сначала нужно определить лимитирующий фактор и принять меры по его адаптации. Там, где участок стабильно сильный, норму можно поднять, потому что почва ее отработает.

Вручную такие расчеты не делают. В системе ExactFarming данные агрохимического обследования, снимки NDVI за сезоны и карты продуктивности можно проанализировать по каждому полю и сравнить. По ним выделяют зоны продуктивности, а дальше для каждой зоны задают свою норму удобрений или семян и выгружают задание в бортовой компьютер разбрасывателя или сеялки.

Почвенный разрез — яма 1,5 м глубиной с ровной передней стенкой. Один разрез на поле закладывают в типичном месте, прикопки на 50-60 см — в характерных точках: на вершине, на склоне, в понижении. Лучшее время — после уборки или ранней весной, когда почва не слишком сухая. В разрезе смотрят мощность гумусового слоя, глубину залегания каждого горизонта и наличие в нем вкраплений, плотность, влажность, цвет, структуру, гранулометрический состав почвы, наличие плужной подошвы, глубину вскипания от соляной кислоты (карбонаты), пятна оглеения, выцветы солей, как идут корни — вниз или вбок.

Прибор показывает твердость почвы по глубине и находит плужную подошву без копки. Проходить им поле стоит раз в год по нескольким точкам, обязательно на поворотных полосах и в понижениях. Значения выше 2-3 МПа означают, что корни большинства культур дальше не пройдут.

Почвенные карты хозяйств составлены в основном в 70-80-х годах. Они до сих пор полезны: типы почв и границы контуров с тех пор не изменились. Но содержание гумуса, pH и элементов питания за 40 лет стали другими, а антропогенное влияние, например, формирование плужной подошвы необходимо регулярно актуализировать. Поэтому старую карту используют как основу, а поверх нее кладут свежее агрохимобследование раз в 4-5 лет с координатами.

Вся эта информация имеет смысл, только если ее не потерять. Описания разрезов, точки пенетрометра, результаты агрохимии разных лет и карты урожайности обычно лежат в разных папках у разных людей. В ExactFarming они привязываются к карте поля и хранятся в его истории: можно открыть точку, посмотреть, что в ней было в 2019 году и что стало в 2026-м, и сопоставить с урожайностью за те же годы. Так решения по известкованию, рыхлению или смене культуры опираются на динамику, а не на одно измерение.

Что делать хозяйству: