Земледельцы почти 6000 лет обрабатывали почву сохой. Она делала борозду, в которую сеяли семена. Оборота пласта не происходило, почва сохраняла свою пористую структуру. Излишней минерализации гумуса также не было, почва длительное время сохраняла свое плодородие.
В 1986–1990 и 1998–2000 годах подобные исследования проводились на базе госплемзавода «Октябрьский» Кемеровской области. Эксперименты показали, что замена вспашки мелким (10–12 см) плоскорезным рыхлением почвы обеспечивает прибавку урожая на 3,5–7 ц/га.
Ученые сделали следующие выводы: «В Кемеровской области в результате длительного периода применения отвальной обработки почвы потеряно ее значительное первоначальное естественное плодородие. В первую очередь произошло снижение наиболее активной части почвы — гумуса. Использование минимальной обработки почвы… нивелирует главное противоречие «безумия пахаря» — получение высоких урожаев полевых культур через разрушение почвенного плодородия. Основную роль в этом процессе отводится снижению до разумного уровня механического воздействия на почву, возврату ей непродуктивной части урожая соломы, заделке сидератов.
— отвальная система обработки… черноземов… негативно влияет на структуру почвы во всем пахотном слое;
— длительное (15 лет) применение мелкого плоскорезного рыхления… стабилизирует макроструктурное состояние… верхнего слоя почвы;
— применение вспашки…создает неблагоприятную для зерновых культур плотность почвы;
— оптимальная плотность почвы складывается при ежегодном использовании мелкого рыхления уже через два года».
Перекопка и глубокая вспашка с оборотом пласта разрушает пористую структуру почвы. Это то же самое, что превратить кирпичный дом в груду битого кирпича.
П. А. Костычев произвел сравнительное исследование черноземных полей — только что распаханных и дававших очень большие урожаи и выпаханных, которые вследствие резкого падения урожайности забрасывались. Оказалось, что основное отличие выпаханного поля от нового вовсе не в том, что первое содержит меньше питательных элементов. Даже наоборот, в анализах мягкие почвы содержали больше элементов питания, чем твердые. Единственная разница между этими почвами заключалась только в их структурном состоянии. Вновь распаханная почва еще обладала пористой структурой, а выпаханная была уже распыленной. П. А. Костычев установил, что именно восстановление пористой структуры выпаханной почвы приводит к восстановлению ее плодородия. Таким образом, уже в конце XIX столетия было установлено, что плодородие почвы определяется не только ее богатством элементами питания, но и физическими особенностями.
Переход от «дедовской» сохи к плугу вызвал опустынивание земель в Индии в течение немногих поколений. До захвата Индии англичанами индийцы собирали высокие урожая, возделывая поля деревянной сохой. Такая «отсталость» возмутила просвещенных колонизаторов, и они заставили внедрить современный английский отвальный плуг. Очень скоро это нововведение привело к эрозии легких лессовых почв.
В России отвальным плугом начали пользоваться в XVIII веке. По этому поводу Л. Н. Гумилев писал следующее: «Петр I … именно с его августейшего правления началась экологическая катастрофа плодородного слоя российских земель — вырубка леса с введением отвального плуга вызвала быстрое обесструктуирование почвенного слоя в Центральной России и размывы его оврагами и так далее».
Главной задачей земледелия является обеспечение растений одновременно и в максимально нужных количествах питанием, водой и воздухом. Это возможно лишь при пористой структуре почвы. Она образуется только при соблюдении трех условий.
— при накоплении в почве гумуса, который появляется в результате разложения органических остатков микроорганизмами и червями. Гумусовые вещества склеивают частицы почвы и образуют комочки;
— в результате активности червей, которые создают в почве систему каналов;
— при разложении корней растений в почве образуются пустоты.
При перекопке и глубокой вспашке почва становиться распыленной, система пустот в ней разрушается, гумус минерализуется и комочки не образуются. В такой почве пористая структура отсутствует, небольшие промежутки между мелкими частицами почвы могут быть заполнены либо водой, либо воздухом. Растения не получают либо воду, либо воздух, и поэтому плохо растут. Равновесие наступает только в короткие промежутки времени начала дождя или начала сухого периода.
В почве, имеющей пористую структуру, одновременно присутствуют влага и воздух, так как этому способствуют размеры пустот. Кроме этого в структурной почве одновременно действуют и аэробные, и анаэробные микроорганизмы. Поэтому часть органических остатков минерализуется, а другая часть гумифицируется. Таким образом, в почве протекают сбалансированные процессы.