Прогнозирование влияния полевой техники на пахотный слой
Тяжелая сельскохозяйственная техника уплотняет почву, что влияет на рост растений и состояние окружающей среды. Важно различать уплотнение в глубоких слоях почвы и в верхних 20 см — пахотном слое (топсоиле).
Уплотнение глубоких слоев наносит долгосрочный ущерб, которого важно избегать. Уплотнение же пахотного слоя можно исправить с помощью обработки почвы, температурных изменений (заморозки-оттепели), осадков, засухи и активности почвенных микроорганизмов.
«Тем не менее, общеизвестно, что структура верхнего слоя почвы сильно влияет на урожайность. Здесь находится большой пул разлагаемого органического вещества и высокая биологическая активность. В пахотном слое сосредоточена очень большая часть корневой массы растений. Это означает, что неоптимальные условия для кислородозависимых химических и биологических процессов могут ухудшить усвоение питательных веществ культурами и привести к выбросам закиси азота и других газов. Поэтому крайне важно исследовать и процесс уплотнения пахотного слоя», — говорит старший исследователь-эмерит Пер Скьённинг из Департамента агроэкологии Орхусского университета.
В недавней научной статье «An empirical model for prediction of topsoil deformation in field traffic», опубликованной в Soil and Tillage Research, он представил новую модель, способную прогнозировать деформацию пахотного слоя под воздействием сельхозтехники.
Для глубоких слоев почвы существует предельное давление, превышение которого приводит к повреждениям. Считается, что до этого предела почва ведет себя упруго. Пахотный же слой состоит из смеси крупных и мелких комков и глыб, которые деформируются постепенно, поэтому требуется иной подход. Свежевспаханная почва может быть слишком рыхлой — одна из причин использования катков и уплотнителей. С другой стороны, почву нельзя и чрезмерно уплотнять. Поэтому необходим инструмент для прогнозирования степени уплотнения от конкретной техники.
Исследование основано на многолетних полевых исследованиях, в ходе которых Скьённинг и его коллеги измеряли и анализировали механические нагрузки под шинами и физические изменения в пахотном слое в результате движения техники. На основе собранных данных и сложных статистических методов была разработана эмпирическая модель для оценки деформации пахотного слоя.
«Модель учитывает различные свойства почвы — содержание органического вещества, плотность до прохода техники, содержание глины и воды. Также используются данные о нагрузке на колесо, типе шин, рекомендованном и фактическом давлении в них. Когда мы объединяем все эти переменные, модель может дать оценку ожидаемой деформации пахотного слоя. Это может быть чрезвычайно ценной информацией для сельскохозяйственных консультантов и, не в последнюю очередь, для самого фермера», — объясняет Скьённинг.
Новая модель может улучшить планирование и управление сельхозработами. Когда у фермера есть точный прогноз того, что произойдет с плотностью пахотного слоя при использовании конкретной машины на конкретном поле в заданное время, он может легче оптимизировать условия для роста культур.
«Это облегчает фермеру выбор оснащения колесами, веса и давления в шинах машин, а также оптимального времени (влажности почвы) для конкретной операции в поле», — говорит он.
Применение модели на практике
Модель основана в первую очередь на датских почвах, которые относительно песчаные. Для более широкого международного применения модель потребует тестирования на более глинистых почвах и, возможно, корректировки на основе дополнительных измерений. Кроме того, сдвиговые усилия под ведущими колесами могут давать искаженные результаты.
«Наша исследовательская группа в Орхусском университете уже разработала систему поддержки принятия решений, позволяющую моделировать движение техники для защиты подпочвы. В эту систему можно будет интегрировать новую модель и таким образом давать более реалистичные и релевантные рекомендации относительно пахотного слоя», — поясняет Пер Скьённинг.