В рассмотренных выше примерах было показано, что плодородие подпахотного слоя почв, как правило, ниже пахотного. В связи с этим возникает вопрос, какими путями его можно повысить.
В вегетационных опытах, проведённых на Безенчукской опытной станции (почво-террасовый суглинистый чернозем), мы и задались целью решить эту задачу.
При углублении вспашки с оборотом пласта происходит частичное смешивание пахотного и подпахотного слоев. Важно установить, как изменяется при этом плодородие смеси слоев по сравнению с плодородием каждого из них.
Соответствующие вегетационные опыты производились нами на почве, взятой с делянок, вспаханных осенью на различную глубину.
Производительность невспаханной почвы в среднем за два года оказалась ниже вспаханной по общему урожаю на 37 % и по зерну — на 47 %. За время от вспашки (сентябрь-октябрь) до набивки сосудов (начало мая) в рыхлой вспаханной почве под влиянием атмосферных факторов более интенсивно происходят физико-химические процессы (сущность их будет разобрана ниже), которые и обусловили повышение ее плодородия. Биологические процессы также оказали некоторое влияние, но оно было ограниченным, так как до замерзания почвы жизнедеятельность аэробных микроорганизмов подавлялась отсутствием влаги (влажность была около 7—10%), зимой — низкой температурой, а ранней весной — пересыщенностью верхнего слоя влагой и низкой температурой. Следовательно, только один процесс осеннего рыхления уже существенно влияет на плодородие пахотного слоя. Есть все основания ожидать такого же действия осенней вспашки и на подпахотный горизонт.
Производительность подпахотного слоя (третий вариант) при вспашке на 20 см составляет по зерну лишь 40% от пахотного. В случае же вспашки на 35 см, когда обеспечивается известная степень перемешивания, урожаи по обоим слоям становятся более выравненными.
В шестом варианте, где смешивание слоев почвы 0—20 и 20—35 см производилось весной при набивке сосудов, урожай составил 1,95 г, а в седьмом варианте, где смешивание почвы производилось осенью при вспашке — 2,13 г. Это говорит о положительном действии осеннего рыхления почвы на повышение производительности также и подпахотного слоя.
Все вместе взятое несомненностью убеждает, что суммарное плодородие горизонта 0—35 см благодаря смешиванию, рыхлению и перемешиванию в результате глубокой вспашки повышается.
Положительное влияние на плодородие почвы осеннего рыхления и выворачивания подпахотного слоя наверх выдвигает вопрос о факторах, обусловливающих такое действие.
Смешивание слоев почвы, несомненно, играет некоторую роль, способствуя ускорению биологических процессов в подпахотном слое почвы. Однако положительное действие смешивания нельзя преувеличивать, так как и без него микробиологическая деятельность в подпахотном слое при выносе его на дневную поверхность, как показали наши наблюдения на обыкновенном черноземе, довольно быстро приближается к уровню пахотного слоя.
Более мощным фактором является высушивание почвы. Исследования этого вопроса на Шатиловской опытной станции показали, что воздушная сушка почвы очень сильно повышает ее плодородие, причем подпахотный слой в этом отношении более отзывчив, чем пахотный. Повышение производительности связано главным образом с изменениями в органической части почвы и в составе микрофлоры. В результате высушиваний сильно увеличивается количество воднорастворимого гумуса и питательных веществ в почве. Положительная роль сушки является результатом уменьшения влажности «и воздействия на почву повышенной температуры.
Высушивание в последующем вызывает существенные изменения в микробиологическом режиме почвы: подавляется деятельность вредных микроорганизмов (протозоа) и усиливается деятельность полезных (бактерий). Ряд других исследований, произведенных с разными почвами, подтвердили основные выводы Лебедянцева.
Вынос подпахотного слоя наверх при глубокой ранней вспашке на зябь или в черном пару создает предпосылки для энергичного воздействия атмосферных факторов, в том числе перемежающегося высушивания и увлажнения.
Сравнение свежевыкопанного и пролежавшего один год в куче на открытом воздухе подпахотного слоя на Тамбовской опытной станции показало, что в первом случае урожайность от пахотного слоя составляла лишь 34,4%, а во втором — 113,8%.
В одном из вегетационных опытов на Безенчукской станции мы поставили задачей уточнить роль высушивания почвы в повышении ее плодородия.
Почва с поля для всех вариантов была взята в один день. Почва, не подвергавшаяся сушке, хранилась в закрытых ящиках, а высушивание почвы производилось в вегетационном домике на воздухе, для чего ее рассыпали тонким слоем на столе. В течение 15 дней влажность почвы была доведена с 18 до 7% для слоя 0—20 см и с 20 до 6,5% для слоя 20—35 см. Посев пшеницы во всех вариантах опыта был произведен в один день. Влажность после набивки сосудов доводилась до 60% от полной влагоемкости и поддерживалась на этом уровне до начала созревания растений. Почва с невспаханного участка по сравнению с вспаханной на 20 см дает резкое снижение урожая для обоих слоев,. Значительное падение урожая для слоя 20—35 см показывает, что вспашка на 20 см с осени положительно действует и на подпахотный слой.
Высушивание невспаханной почвы увеличило урожай по зерну па пахотном слое более чем в два раза, а на подпахотном — в три раза и довело его по зерну для слоя 0—20 см до 80% и для слоя 20—35 см до 101% по сравнению с вспаханной на 20 см.
Следовательно, высушивание пахотного слоя несколько уступает по своему действию осенней вспашке, а для подпахотного оно равноценно ее действию.
Сравнить влияние высушивания со вспашкой на 35 см по отдельным слоям нельзя, так как в этом случае они «в значительной мере перемешаны. Сравнение же суммарной производительности обоих слоев показывает, что глубокая вспашка является более мощным фактором, чем одно высушивание. На основании установленного выше факта положительного действия смешивания почвы можно считать, что в данном случае к фактору высушивания присоединяется и фактор смешивания.
Связывая действие высушивания с осенней вспашкой, нужно установить, в какой мере метеорологические условия осени благоприятствовали этому процессу. Вспашка была произведена 25 августа. Осадков за август выпало 1,3 мм (многолетняя норма — 43 мм), за сентябрь — 13 мм (при норме 39 мм), средняя температура за август — 23,9° (при норме 19,4°), за сентябрь — 16,3° (при норме 12,8°). Из этого видно, что метеорологические условия были весьма благоприятны для высушивания и прогревания почвы до и после вспашки. Однако мы не склонны приписывать только одному высушиванию ведущую роль в объяснении положительного значения ранней осенней вспашки. Дело в том, что за период наших опытов (1937—1944 гг) в 1937, 1938 и 1940 гг. сентябрь и октябрь отличались исключительной сухостью, и почва в пределах пахотного слоя до вспашки и во время ее уже имела весьма низкую влажность (6—9%). Поэтому вспашка в очень незначительной мере могла усилить дальнейшее просыхание почвы (до 4—6%). Фактор аэрации и фактор прогревания, которым Лебедянцев отводит второстепенное значение, в условиях Юго-Востока имеет, «видимо, не меньшее значение, чем высушивание.
На Краснокутской селекционной станции высушиванию подвергалась почва с оборота житнякового пласта и со старопахотной почвы. Влажность почвы при набивке сосудов была: невысушенной — 23—26%, высушенной — 3,5—5,5%. По обороту пласта урожай зерна овса под влиянием высушивания пахотного слоя повысился на 30%, подпахотного — на 52 %, по старопахотной почве соответственно на 25 и 11%.
Таким образом, в подзонах обыкновенных и южных черноземов, а также каштановых почв, с сухой и жаркой осенью при ранней глубокой вспашке на зябь подпахотный слой вследствие смешивания его с пахотным, прогреваний, высушивания и хорошей аэрации значительно поднимает свое плодородие, а суммарная производительность почвы всегда будет выше, чем при обычной вспашке.
Можно предполагать, что в подзоне тучных и выщелоченных черноземов, особенно в восточных районах, где осень более влажная и прохладная, условия для быстрого нарастания плодородия подпахотного слоя при выносе его на поверхность глубокой вспашкой менее благоприятны.
Для производственных целей важно установить, как долго сохраняется пониженная производительность подпахотного слоя при переносе его вверх и как быстро падает высокая производительность пахотного слоя при переносе его вниз.
На выщелоченном черноземе Башкирской АССР изменение Производительности подпахотного слоя выяснялось С. Н. Тайчиновым траншейным методом. Траншеи глубиной в 40 см заполнялись пахотным (0—20 см) или подпахотным слоем.
В первый год урожай овса на подпахотном слое составлял всего лишь 37% от пахотного, на второй год он поднялся до 89%. Следовательно, при одинаковой мощности пахотного и подпахотного горизонтов большие различия в их производительности имеют место только в первый год. На второй год подпахотный слой под влиянием микробиологических и физико-химических процессов резко повышает свое плодородие и приближается в этом отношении к пахотному.
Мы изучали этот вопрос вегетационным методом двумя путями:
1. На одних и тех же делянках, вспаханных в 1937 г. плугом с предплужником на 20 и 35 ом, в 1938 и 1941 гг. исследовалась производительность различных слоев. Это давало возможность сохранить однородность почвы в опыте при разнородности метеорологических условий, влияющих на саму почву и на развитие растений в вегетационных опытах различных лет.
2. Исследование плодородия слоев почвы проводилось в течение одного года (1941) на тех же вариантах вспашки, но заложенных в разные годы на различных участках. Это обеспечивало однородность метеорологических условий в год проведений вегетационного опыта, но не гарантировало полной однородности состава почвы. Таким образом, эти два опыта взаимно «перестраховывали» друг друга.
Опытной культурой в обоих случаях была яровая пшеница Лютесценс 62. Вспашка по обоим вариантам проводилась на 20 см.
Суммарный урожай по двум слоям в обоих опытах был несколько выше при глубокой вспашке не только в первый год, но и в последующие. На фоне глубокой вспашки резкой разницы в урожае по различным слоям вследствие их перемешивания не обнаруживается ни в первый, ни в четвертый год.
При глубокой вспашке (на 35 см) на четвертый год не обнаруживается столь резкого контраста по урожайности между слоями 0—20 и 20—35 см, как при вспашке на 20 см. По истечении четырех лет после глубокой вспашки почва, перенесенная снизу, еще не достигла уровня плодородия слоя 0—20 см, а перенесенная сверху вниз не снизила его до уровня слоя 20—35 см при обычной вспашке.
Таким образом, изменение плодородия перемещенных при глубокой вспашке слоев — процесс довольно медленный. В различных почвенных и климатических условиях он может протекать по-разному. На Ивановской опытной станции испытывалось плодородие слоев 0—18 и 18—32 см после вспашки поля на 35 см. Урожаи овса на один сосуд получены следующие: по слою 0—18 см (бывший нижний) общий — 8,5 г, зерна — 2,9, а по слою 18—32 (бывший верхний) общий — 7,9 г, зерна — 2,9. Урожай по общим слоям, как и в наших опытах, выравнивается. На четвертый же год после глубокой вспашки (вспашка производилась на 18 см) урожайность слоя 18—32 см составляла уже только 35% по зерну и 62% по общей массе от слоя 0—18 см.
Следовательно, в сухой зоне (обыкновенные черноземы) возрастание плодородия вынесенного наверх подпахотного слоя и снижение плодородия уложенного вниз пахотного идет довольно медленно: по истечении четырех лет после глубокой вспашки еще не наступает выравнивания плодородия с соответствующими слоями (0—20 и 21—35 см) обычной вспашки. В более сырой зоне (выщелоченные и тучные черноземы) падение плодородия перенесенного вниз пахотного слоя идет заметно быстрее нарастания плодородия подпахотного.