IX Международная студенческая научная конференция Студенческий научный форум — 2017
БИОЛОГИЗАЦИЯ КАК СПОСОБ ПОВЫШЕНИЯ ПЛОДОРОДИЯ ПОЧВ
Почва с давних времен являлась и является основным источником производства, материальных доходов и, образно выражаясь, кормилицей для человечества, но ее ухудшение становится глобальной проблемой, которая с каждым днем усугубляется.
Для данного инцидента был найден путь решения – биологизация земледелия. Биологизация заключается в улучшении тех систем земледелия, которые существуют. Она основывается на применении биологических приемов, средств для воспроизведения плодородия почв и защиты растений. При биологизации ограничивается использование минеральных удобрений с учетом оптимизации питания и экологически безопасных систем защиты растений. Также биологизация предусматривает внедрение таких систем обработки почвы, которые бы учитывали все биологические требования сельскохозяйственных культур. Впервые о данном методе улучшения почв было упомянуто в 18 столетии в трудах А.Т. Болотова, основоположника отечественной агрономической науки [1].
Биологизация предполагает несколько направлений сохранения полезных свойств почв (таблица 1) [2].
Таблица 1 – Основные направления внедрения биологизации
Применение экологически сбалансированных систем земледелия
Создание научно-обоснованных севооборотов. Это обеспечивает экологическую сбалансированность, устойчивое функционирование продуктивности агроэкосистем, охрану почв и всей окружающей среды.
Проведение агроэкологического мониторинга
Обновление почвенных карты и картограмм содержания в почвах биофильных элементов, гумуса, рН, что позволит вести сельскохозяйственное производство на научной основе, решая вопросы не только обеспечения растений элементами питания, но и оказывать активное положительное влияние на интенсивность почвообразовательного процесса, способствовать устойчивому функционированию агроэкосистем.
Поддержка биологизации на законодательном уровне
Принятие мер экономической поддержки, принятие закона «Об охране почв».
Эффективное и рациональное использование почв
Использование новейших технологии для того, чтобы добиться максимального сохранения и повышения плодородия почв.
Переход на адаптивно-ландшафтную систему земледелия
Решение проблемы интенсификации земледелия без увеличения экологических угроз, в том числе, за счет оптимального сочетания интенсивного и экстенсивного использования угодий, позволяющих стабилизировать и повышать почвенное плодородие.
Переход на биологическое земледелие
Постепенный отказ от пестицидов в защите растений от вредителей, болезней и сорняков.
Широкое использование данных методов по всей территории России постепенно выводит земледелие на новый уровень. Примером этого является Ростовская область.
В Ростовской области используется направление применения экологически сбалансированных систем земледелия. Внедряются севообороты, значительную часть посевных структур которых занимают многолетние травы.
Многолетние травы в агроценозах Ростовской области (люцерна, эспарцет, донник) предстают источниками свежего органического вещества и дешевого биологического азота и фосфора (таблица 2).
Таблица 2 – Характеристики основных высеваемых многолетних трав
Максимально воздействует на почву и продуцирует биологический азот и фосфор, отличается наибольшей продуктивностью.
Способен расти на малопригодных смытых почвах, формирует мощную корневую систему на большую глубину, из которой он поглощает влагу и питательные вещества.
Широко используют в качестве сидеральной культуры, так как растительные остатки этой культуры наиболее интенсивно разлагаются за период парования почвы до посева озимой пшеницы благодаря их химическому составу.
Бобовые культуры также являются важнейшим биологическим компонентом системы. В совокупности с клубеньковыми бактериями они способны накапливать биологически чистый азот. Данные факторы прекрасно влияют на выращивание последующих культур севооборота.
В результате внедрения севооборотов с многолетними травами и бобовыми в структуре в Ростовской области задействование эродированных земель стало реально. Это отражается на продуктивности посевов и качестве зерна озимой пшеницы [3, 4].
Таким образом, биологизация с давних времен стала полезным методом борьбы с почвенными несовершенствами. Она дает возможность восстанавливать почвенные качества до оптимального уровня и полностью использовать потенциал земель по всей территории нашей державы. Она развивает различные направления воздействия на почвы. Это позволяет выбрать какой-либо метод, который будет наиболее эффективным в той или иной области, округе и т.д. Ярким примером является Ростовская область, где биологизация активно внедряется, имея свое выражение в рациональном составлении севооборотов. Отличительным показателем является то, что не смотря на эродированность земель, в 2016 году было достигнуто рекордное значение урожайности зерновых – 10,5 млн тонн [5].
Библиографический список
Биологизация земледелия [Электронный ресурс]: Режим доступа: http://enc.cap.ru/?t=publ&lnk=882;
Состояние почв Российской Федерации и основные направления стабилизации и повышения плодородия [Электронный ресурс]: Режим доступа: http://cyberleninka.ru/article/n/sostoyanie-pochv-rossiyskoy-federatsii-i-osnovnye-napravleniya-stabilizatsii-i-povysheniya-ih-plodorodiya;
Роль бобовых культур в биологизации земледелия [Электронный ресурс]: Режим доступа: http://www.natural-sciences.ru/ru/article/view?id=9032;
Свиридова А.Д. Биологизация земледелия – основа сохранения, восстановления и повышения плодородия почв Северного Кавказа при орошении // Промышленная ботаника : сб. науч. тр. – Донецк: ГУ «Донецкий ботанический сад», 2016. – 15-16. – С. 99-107;
Источник
Биологизация земледелия: определение, принципы и направления развития
Текст: Ю. П. Скорочкин, канд. с.-х. наук; В. А. Воронцов, Тамбовский НИИСХ — филиал ФГБНУ «Федеральный научный центр им. И. В. Мичурина»
Глубокие теоретические принципы биологического подхода в земледелии давно заложены в науке. Однако их реализация в рамках такой системы ведения хозяйства обусловлена множеством факторов, среди которых — климатические условия, технологический уровень развития и традиции севооборотов, характерные для той или иной страны.
Биологизация — одно из перспективных направлений в мировом земледелии. Наиболее устойчиво она проявляется в государствах, достигших высокого уровня интенсификации аграрной отрасли. В России такой подход становится все более популярным и постепенно внедряется в отечественное сельское хозяйство, однако темпы пока оказываются недостаточными.
ПЕРСПЕКТИВНОЕ НАПРАВЛЕНИЕ
В США еще с середины 70-х годов прошлого века применяется и совершенствуется естественно-биологическая система ведения хозяйства, базирующаяся на севообороте, использовании органических удобрений, бобовых культур и сидерации. Активно пропагандируются подобные методы земледелия в Европе. Например, в Германии существует Институт биологодинамических исследований и были получены первые результаты в сфере разработки принципов оценки различных способов ведения хозяйства. В Австрии данные технологии применяют свыше 500 фермеров, а также функционирует институт, занимающийся исключительно биодинамической сельхозсистемой. Во Франции альтернативное земледелие реализуют более 6000 производителей. Изучается такой подход в Англии. В Швеции нетрадиционные системы ведения сельского хозяйства применяются более чем на 300 фермах. Альтернативные биологические схемы формируются норвежскими учеными, совершенствующими подобное направление уже около 50 лет.
Подходы к разработке биологических систем земледелия в разных странах и научных учреждениях неодинаковые. Данное обстоятельство, наряду с недостаточной изученностью вопроса, пока не позволяет систематизировать всю совокупность исследований по этой проблеме. По мнению Г. Канта, классика естественного земледелия, биологизация обладает хорошими перспективами для государств разного уровня развития. Так, в условиях высокоинтенсивного сельского хозяйства переход на преимущественно биологические методы позволяет снизить остроту экологических проблем. В экономически слабых странах овладение подобными способами ведения аграрной отрасли создает ресурсы для решения продовольственного вопроса.
БАЗОВЫЕ ПРИНЦИПЫ
Теоретические основы биологизации также заложены в российской науке. В частности, А. В. Советов, отмечая роль корреляции земледелия с животноводством, придавал большое значение естественным процессам и взаимосвязям в агросистемах, благодаря которым осуществляется воспроизводство почвенного плодородия. В работах по полевому травосеянию на базе органических связей между элементами он определил ключевые основы биологизации явлений. В конце XIX столетия А. С. Ермолов отмечал необходимость повышения уровня замкнутости внутрихозяйственного оборота в аграрных системах. Кроме того, он обосновал те направления, которые теперь называют принципами биологического земледелия.
Базисом теории биологизации мировая наука признает учение В. Р. Вильямса, считавшего возможным внедрение в нашей стране экологически сбалансированных систем и воспроизводство плодородия почв преимущественно естественным путем. Он рассматривал травополье в качестве альтернативы создания чрезмерно мощной промышленности удобрений, которую он называл «омертвлением миллиардов». Академиком А. А. Жученко была разработана стратегия адаптивной интенсификации растениеводства, основанная на экологизации и биологизации интенсивных процессов сельского хозяйства страны. Концепции «уравнительного земледелия», господствующей в России, были противопоставлены принципы более дифференцированного использования природных, биологических, техногенных и трудовых ресурсов в целях обеспечения устойчивого повышения урожайности, энергоэкономичности и природоохранности. При этом целесообразным стало адаптивное применение факторов интенсификации земледелия с учетом обязательного сохранения окружающей среды при более активном вовлечении в процесс сил природы.
ПОТРЕБНОСТЬ В СИСТЕМЕ
Для центральной России необходимость всесторонней биологизации сельскохозяйственной отрасли связана с рядом обстоятельств. Прежде всего, предыдущий период развития растениеводства доказал, что, хотя в нашей стране масштабы применения минеральных удобрений и пестицидов еще не достигли уровня Западной Европы и США, отрицательные последствия одностороннего и несбалансированного использования средств химизации стали очевидными. Кроме того, в современных экономических условиях земледелие в этой зоне ведется в условиях дефицита элементов минерального питания, связанного с высокой ценой на соответствующие туки, и сокращения объемов внесения органических удобрений. В связи с этим назрела необходимость перехода на биологизированные системы ведения растениеводческой отрасли, при которых могут максимально использоваться внутрихозяйственные и биологические факторы уменьшения разомкнутости круговорота веществ и энергии при выпуске соответствующей продукции. При переводе сельского хозяйства на принципы биологизации нужно решить множество вопросов, главными из которых являются воспроизводство плодородия почвы на основе преимущественного применения природных факторов, модификация системы мер по защите посевов от вредных объектов, максимальная реализация потенциала агротехнических ресурсов продуктивности и другие.
ОБОГАТИТЬ ОРГАНИКОЙ
Биологизация — ключевое выражение экологизации земледелия. Ее суть заключается в том, чтобы сократить разрыв в поступлении органического вещества в почву между природными биогеоценозами и агроценозами, в определенной мере компенсировать естественный круговорот веществ и биогенность земель, обеспечить заданный уровень биологической активности и исключить явления почвоутомления, выпахивания, накопления токсикантов. Дальнейшая оптимизация направлена на повышение экологической устойчивости и восстановление способности полей к саморегулированию с применением биологического саморыхления при минимальной и особенно нулевой обработке почвы, регулирующего влияние мульчи из растительных остатков на водный режим участков и другие процессы.
Исходная позиция биологизации земледелия — увеличение разнообразия видов и сортов растений, то есть диверсификация. Вследствие жесткой плановой системы видовой состав сельскохозяйственных культур был крайне ограничен, что сказалось на агросекторе в целом в последующее время. Необходимо расширение доли бобовых как в пашне, так и в составе сенокосно-пастбищных угодий, поскольку на первый план в рамках рассматриваемой технологии выходит использование биологического азота. Такие культуры, обогащая почву данным элементом, являются хорошими предшественниками в севооборотах, оказывают благоприятное влияние на физические свойства полей, стимулируют жизнедеятельность почвенных микроорганизмов. Непременное условие азотфиксации как чрезвычайно энергоемкого процесса — обогащение участков органическим веществом в качестве энергетического материала для формирования необходимых компонентов. Наряду с внесением органических удобрений и использованием соломы, важным источником подобного вещества являются сидеральные и промежуточные, то есть пожнивные и поукосные посевы.
Самой трудной задачей биологизации сельского хозяйства является уменьшение количества пестицидов в борьбе с сорняками, болезнями и вредителями. Первостепенное значение в данном отношении имеет выбор оптимальных севооборотов, на чьей основе должна строиться вся новая концепция. При этом их структура определяется в соответствии с необходимостью максимального использования возможностей растений для воспроизводства плодородия почвы. В условиях, когда снизился объем внесения техногенных средств интенсификации производства, а животноводство сократило масштабы, при формировании севооборотов требуется их насыщение бобовыми культурами, перевод побочной продукции на удобрение, заделка сидератов, благодаря которым можно преодолеть дефицит гумуса и азота.
ВЫБОР СМЕНЫ
Вопросы биологизации целесообразно рассматривать в рамках полевых севооборотов, в первую очередь зернопропашных и зернопаровых, с различным составом возделываемых культур. В этом аспекте специалистами были проанализированы возможности нескольких чередований. В зернопропашном четырехпольном севообороте с короткой ротацией смены были представлены чистым паром, озимыми, сахарной свеклой, яровыми зерновыми. Структура посевов предусматривала 50% зерновых, по 25% свеклы и чистого пара, то есть на долю последних приходилось 50%, в результате чего усиленно происходила минерализация гумуса. Следует отметить, что обычно его положительный баланс обеспечивается только при внесении в пар 30 т/га навоза, то есть 7,5 т/га севооборотной площади. Замена чистого пара в этом севообороте на сидеральный формировала бездефицитный уровень органического вещества, причем при резком сокращении энергетических затрат — в 2–3 раза. Необходимо иметь в виду, что лишь за счет запашки измельченной соломы яровых зерновых можно уменьшить минерализацию гумуса на паровом участке.
В зернопаропропашном десятипольном севообороте даже с тремя полями пропашных культур приостановить деградацию черноземов можно при наличии двух участков с многолетними травами. В рамках такой ротации предусмотрены смены: пар, озимые, сахарная свекла, яровые зерновые, картофель, однолетние травы, озимые, кукуруза, яровые зерновые, подсолнечник. Структура посевов включает по 40% зерновых и пропашных культур, 10% однолетних трав, 10% пара. В зернопаропропашном десятипольном севообороте без многолетних трав, где три поля являются пропашными, для обеспечения бездефицитного баланса гумуса нужно вносить в паровое поле не менее 60–70 т/га навоза. В таком варианте ротация включает пар, озимые, сахарную свеклу, яровые зерновые, картофель, однолетние травы, озимые пропашные, кукурузу, яровые зерновые, подсолнечник. Структура посевов состоит из 40% зерновых, 40% пропашных культур, 10% однолетних трав, 10% пара. Солому озимых в этом случае следует запахивать в поле, где будет высеваться кукуруза, причем такая операция не потребует дополнительного внесения азотных удобрений при ее выполнении.
ПОЛОЖИТЕЛЬНЫЙ БАЛАНС
В зернопаровых севооборотах с высоким удельным весом зерновых большое количество органического вещества поступает в почву за счет биомассы корневой системы колосовых культур и однолетних трав. Так, в семипольном варианте может быть предусмотрена смена пара, озимых, яровых зерновых, однолетних трав, озимых, крупяных, яровых зерновых. В этом случае структура посевов состоит из 71,4% зерновых и крупяных, 13,4% однолетних трав, 13,4% пара. Замена чистого пара в таком чередовании сидератами обеспечит положительный баланс гумуса. Более того, введение многолетних трав в этом варианте позволит сохранить поле чистого пара, получить бездефицитный уровень органического вещества и повысить сбор зерна с гектара севооборотной площади.
Биологизация аналогичного севооборота за счет многолетних трав двухлетнего пользования увеличит поступление органики в почву, усилит процесс образования гумуса и обеспечит его положительный баланс. Схема предусматривает чистый пар, озимые, яровые зерновые с травами, дважды многолетние травы, озимые, зерновые и крупяные культуры. В севооборотах с более короткой ротацией восстановление почвенного плодородия возможно за счет не только применения дополнительных источников органического вещества в виде сидератов или соломы, но и возделывания многолетних трав в выводном поле, которое временно исключено из общего чередования культур и несколько лет занято одним видом.
ВАЖНЫЕ АСПЕКТЫ
Вслед за модификацией севооборотов необходимо стремиться к усилению биологического начала в других звеньях земледелия. В системе обработки почв можно взять курс на возможную минимизацию с накоплением мульчи. Факты высокой эффективности нулевых обработок связаны с ее мощным слоем, который, наряду с защитой от эрозии и сохранением влаги, обеспечивает биологическое саморыхление почвы за счет активизации микрофлоры и мезофауны.
Важность систем питания в биологизации сельского хозяйства проявляется непосредственно при внесении органических удобрений в целях повышения биологической активности полей, устранения почвоутомления, структурообразования и другого. Косвенно значимость выбранной схемы ведения хозяйства наблюдается при использовании минеральных туков через оптимизацию биологического круговорота в агроландшафтах, предотвращение истощения и деградации участков. В качестве элемента биологизации следует отметить перемещение минеральных удобрений в севооборотах под многолетние травы. В этом случае высокая окупаемость обеспечивается их урожаем, а часть питательных веществ аккумулируется в растительных остатках, количество которых возрастает. По мере их минерализации необходимые компоненты потребляются однолетними видами без традиционных потерь.
ПО ВСЕМ ФРОНТАМ
Биологизация защиты растений развивается в трех направлениях. Первое связано с разработкой приемов, нацеленных на сохранение природных энтомофагов, антагонистов и повышение их эффективности. Для этого необходимо в числе возделываемых культур иметь растения, способные поддерживать большую численность полезных насекомых, — гречиху, рапс, фацелию, люцерну, эспарцет, клевер и другие. Кроме того, нужно размещать в колках и лесных насаждениях нектароносные многолетние виды — черемуху, липу, клен, рябину, боярышник и прочие. Кроме того, важно оставлять полосы при скашивании многолетних трав, реализовывать выборочную пестицидную обработку с учетом соотношения численности фито- и энтомофагов, а также использовать пищевые аттрактанты для привлечения последних. Второе направление биометода заключается в интродукции фитофагов, а третье — в применении бактериальных, вирусных, грибковых и других биопрепаратов для уничтожения массовых вредителей и возбудителей болезней. Неотъемлемой частью интегрированных систем борьбы с вредителями сельскохозяйственных культур становится применение экологически безопасных пестицидов нового поколения. Они отличаются высокой видоспецифичностью и эффективностью действия в малых дозах. Кроме того, у вредителей отсутствует иммунитет к этим веществам.
Безусловно, биологический подход в земледелии связан с достижениями биотехнологий, в том числе с созданием и применением генетически модифицированных растений. Наряду с генной инженерией, основу рассматриваемой системы составляют принципы и методы клеточного направления, когда создание новых сортов с уникальными свойствами обеспечивается сочетанием биоинженерных механизмов и традиционных способов генетики и селекции. С использованием биоподходов вытесняются химические технологии. Из множества векторов трансгенеза особое значение имеет разработка сортов культур, устойчивых к вредителям. Трансгенные растения уже принесли большую пользу в ряде стран, например в США благодаря им значительно сократились объемы внесения пестицидов. Следует отметить, что широкое распространение получило оздоровление посадочного материала методом культуры тканей. Такой способ играет важную роль в получении безвирусных клубней в семеноводстве картофеля. В целом сегодня сельхозпроизводителям доступен широкий арсенал средств для биологизации сельского хозяйства.
Источник