Низкий уровень плодородия почв

Глава 10. ПЛОДОРОДИЕ ПОЧВ

Значение почвы как основного средства сельскохозяйственного производства определяется ее основным свойством – плодородием. Плодородие – это способность почвы удовлетворять потребность растений во всех необходимых им условиях (элементах питания, воде, воздухе, тепле и др.) для нормального роста и развития.

Развитие учения о плодородии почв связано с именем русского почвоведа В.Р.Вильямса. Он изучил формирование и развитие плодородия в ходе процесса почвообразования, показал взаимосвязь со свойствами почв и пути его повышения при сельскохозяйственном использовании.

Плодородие – особое специфическое свойство почвы, являющееся главным качественным отличительным признаком ее от горной породы. Плодородия является результатом почвообразования, а при использовании в сельском хозяйстве — результатом окультуривания.

§1. Виды почвенного плодородия

Различают следующие виды плодородия: естественное (природное), искусственное, эффективное (экономическое) и потенциальное.

Естественное плодородие – то плодородие, которым обладает почва в природном состоянии без вмешательства человека. Естественное плодородие в одном случае может быть сравнительно высоким, в другом весьма низким, но всегда определяется сочетанием и совместным влиянием природных факторов и процессов почвообразования. Естественным плодородием в чистом виде практически обладают лишь целинные земли. Оно определяется биологической продуктивностью, т.е. количеством растительной массы, создаваемой за год на единицу площади.

Искусственное плодородие – плодородие, которым обладает почва в результате целенаправленного воздействия человека (обработки, удобрения, мелиорации и других приемов по окультуриванию). С момента, когда целинный участок вовлекается в оборот и почва становится средством производства и продуктом труда человека, она наряду с естественным приобретает искусственное плодородие. В чистом виде оно возникает при создании субстратов для выращивания растений в теплицах, парниках и т.п.

Искусственное плодородие свойственно всем в той или иной мере окультуренным почвам. Однако как бы ни была высоко окультурена почва, она наряду с искусственным всегда обладает и естественным плодородием, обусловленным природными свойствами почвы. Чем выше культура земледелия, тем больше изменились первоначальные качества почв и тем сильнее выражено в ней искусственное плодородие. Однако определить, какая часть плодородия окультуренной почвы относится к ее естественному плодородию, а какая к искусственному, невозможно. Эти два вида плодородия неразрывно связаны между собой и формируют эффективное (экономическое) плодородие.

Эффективное (экономическое) плодородие представляет собой ту часть плодородия почвы, которая реализуется в виде урожая растений. Оно является реальным выражением искусственного и природного плодородия, вместе взятых, и представляет собой результат воздействия человека на почву в определенных социально-экономических условиях. Следовательно, к основным факторам, от которых зависит эффективное плодородие, относятся не только уровень природного плодородия, но в большей степени условия использования почв в производстве, уровень развития науки, техники и реализации их достижений, и растет вместе с ростом последних. Является частью потенциального плодородия почв.

Потенциальное плодородие – это суммарное плодородие почвы, определяемое ее приобретенными в процессе почвообразования или созданными (измененными) человеком свойствами. Характеризуется запасами элементов питания растений, формами их соединений и сложным взаимодействием всех других свойств, определяющих способность почвы в благоприятных условиях обеспечения растений другими факторами – водой, воздухом, теплом (а это возможно при окультуривании) – длительное время мобилизовать в необходимых для растений количествах элементы питания и поддерживать высокий уровень эффективного плодородия. Огромное потенциальное плодородие имеет, например, луговой торфяник, после осушения и освоения на нем получают очень высокие урожаи культурных растений за счет частичного расхода запасного фонда. Высоким потенциальным плодородием обладают черноземные почвы, низким – подзолистые.

Различные растения предъявляют неодинаковые требования к почвенным условиям. Поэтому говорят об относительном плодородии почв, т.е. по отношению к определенным видам растений или растительным формациям. Одна и та же почва может быть плодородной для одних и малопригодной для других растений. Например, болотные почвы высокоплодородны для болотной растительности и не подходят для степной, кислые подзолистые плодородны в отношении лесной растительности, на солончаках хорошо произрастает галофильная растительность.

§2. Факторы и условия плодородия почв. Воспроизводство плодородия

Различают факторы и условия почвенного плодородия. К первым относятся элементы азотного и зольного питания растений, лучистая энергия, вода, воздух и тепло – необходимые земные факторы жизни и роста растений, ко вторым – совокупность свойств и режимов, сложное взаимодействие которых определяет возможность обеспечения растений земными факторами (физические и физико-химические свойства, наличие токсических веществ и др.).

Главные показатели (условия), определяющие уровень почвенного плодородия, можно объединить в следующие группы:

1) комплекс физических свойств почвы – механический состав, структура, физико-механические свойства, воздушные, водные и тепловые свойства;

2) комплекс химических свойств – гумусовый состав, минералогический и химический состав, количество подвижных форм макро- и микроэлементов, наличие токсических веществ, отсутствие избытка легкорастворимых солей;

3) комплекс физико-химических свойств – реакция, емкость поглощения, состав обменных катионов, степень насыщенности основаниями, окислительно-восстановительный потенциал;

4) комплекс биологический свойств – количество микроорганизмов, преобладание бактерий (нитрифицирующих, целлюлозоразрушающих, наличие азотфиксирующих), ферментативная активность, «дыхание» почвы, фитосанитарное состояние;

5) комплекс режимов почвы – благоприятные водно-воздушный, пищевой и тепловой.

Необходимо подчеркнуть, что плодородие проявляется как результат сложного взаимодействия и взаимовлияния свойств и режимов почвы. Свойства почвы могут оказывать как положительное, так и отрицательное влияние на уровень ее плодородия. В таблице 13 перечислены основные лимитирующие факторы почв и соответствующие приемы их мелиорации.

Лимитирующие факторы плодородия и прием их ликвидации

Источник

Потеря почвенного плодородия: профилактика и лечение

Падение плодородия почв является сегодня одной из главных проблем, от которой зависит будущее развитие не только растениеводства, как отрасли сельского хозяйства, но и существования человечества в целом. Об этой проблеме сегодня говорят много, но зачастую вопросы почвенного плодородия переводят только в плоскость количества применения минеральных удобрений для выращивания сельскохозяйственных культур.

Однако есть вопросы, лежащие на поверхности и связанные с проблемой снижения плодородия почв, решение которых может значительно увеличить объем производства в растениеводстве с одновременным повышением рентабельности.

Переуплотнение почв – фактор снижения плодородия

Серьезной проблемой в современном растениеводстве является переуплотнение почв, от которого страдают и рост растений, и урожайность культур, и почвенное плодородие.

По данным Федерального научного агроинженерного центра ВИМ, переуплотнению в нашей стране сегодня подвержено более 80% сельхозугодий, что приводит к потере более 30% урожаев и доходов сельхозпроизводителей. Недобор урожая от уплотнения почвы ежегодно по РФ составляет до 30 млн тонн, перерасход топлива — до 3 млн тонн.

Современные многооперационные технологии в растениеводстве с применением энергонасыщенной техники, имеющей большую эксплуатационную массу и высокое удельное давление на почву, приводят к ее уплотнению за вегетационный период на площади до 60−80% до уборки и до 98% после уборки урожая.

Переуплотнение — один из наиболее грозных факторов деградации почв. Для того чтобы растения развивались нормально, требуется определенное соотношение между основными частями почвы: твердыми частицами, водой и воздухом. Оптимальной будет такая почва, в которой твердые частицы составляют 50%, вода — 30% и воздух — 20%. Если почва переуплотнена, разрушается структура почвы, нарушается ее влагообеспеченность, изменяется биота почвы.

Машинная деградация почв

В последние десятилетия в специальной литературе появился термин «машинная деградация почв». Он обозначает комплекс вредных последствий, вызываемых колесами, гусеницами и рабочими органами почвообрабатывающих машин.

Уплотняющее действие от колес и гусениц распространяется до 1 м в глубину и до 0,8 м в поперечном направлении и может сохраняться до следующего вегетационного периода. Качество работы при выполнении технологических операций на уплотненных участках по следам сельхозмашин не отвечает агротехническим требованиям. На поверхности поля остаются следы глубиной до 0,12 м, по которым плотность почвы существенно превышает оптимальные значения, не выдерживается заданная глубина обработки культиваторами, до 48% семян зерновых не заделываются на заданную глубину, увеличивается тяговое сопротивление рабочих органов, работающих на уплотненных участках, ухудшается качество уборочных работ.

Всю сельхозтехнику, которая сегодня применяется в растениеводстве, можно представить как систему, состоящую из двух частей:

1) орудия для обработки почвы и растений:

2) трактор — «тягач», который перемещает орудия.

Главная функция системы «тягач + орудие» — обрабатывать почву и растения в соответствии с заданной технологией выращивания сельхозкультур.

В последние годы производители сельхозтехники, исходя из стремления повысить производительность техники, увеличивают ширину захвата посевной техники. Но при этом растет вредное уплотняющее действие трактора и колес орудий на почву. Получается некий замкнутый круг: чтобы трактор мог тянуть широкозахватную сеялку, он должен быть мощным и иметь хорошее сцепление с почвой, но мощный «тягач» больше весит, а значит, сильнее разрушает и уплотняет почву.

Выходит, что для того, чтобы эффективно работать и при этом не уплотнять почву, «идеальный трактор» должен быть одновременно и мощным, и легким. Но, по мнению экспертов, на сегодняшний день эта задача невыполнима. Кроме этого, в последние годы наблюдается тенденция к утяжелению техники для сбора урожая. Получается, что чем тяжелее становятся тягачи, тем больше должны быть орудия для обработки почвы. Получается, что более 80% энергии в земледелии тратится на то, чтобы с помощью одних машин возместить ущерб, нанесенный другими машинами.

Гигантские машины расплющивают и прессуют пахотный слой почвы, который обычно наполовину состоит из воздушных полостей. И тогда глубоко в почве образуется недоступный ни для какого плуга уплотненный слой, который мешает росту корней, вентиляции и проникновению влаги, значительно снижая почвенное плодородие.

Уплотнение вредит почве и на биологическом уровне. Еще Чарльз Дарвин мечтал о «возделывании земли посредством жизнедеятельности червей», которые не только постоянно перепахивают, но и удобряют почву несколькими тоннами отходов на гектар в год. Согласно результатам исследования почвоведа-зоолога Стефана Шрадера из Брауншвейга (Германия), из-за уплотнения «количество мелких червей — это около 6 тысяч на квадратный метр — после воздействия тяжелых машин уменьшается вдвое».

Разуплотнение почв в традиционном земледелии

Образование плужной подошвы — бич системы земледелия, где используется механическая обработка почвы. В прежние годы, когда использовались для пахоты гусеничные трактора, уплотненный слой мог быть незначительным, и его наличие часто контролировалось изменением глубины вспашки. Применение тяжелых тракторов, особенно на пахоте, привело к появлению массивного уплотненного горизонта, обычно ниже уровня обработки до 45−55 см глубины. Обычно эти почвы начинают плохо функционировать. Они накапливают мало влаги атмосферных осадков, которые не аккумулируются в достаточной мере в метровом слое почвы, а интенсивно испаряются с переувлажненной поверхности или скатываются по рельефу, являясь причиной водной эрозии.

Для контроля уплотнения используют различные прицепные орудия. Начиная от лап-почвоуглубителей на комбинированных агрегатах для обработки почвы (обычно на глубину до 35 см) и чизеля, до щелерезов и плугов параплау импортного или отечественного производства. Глубина обработки здесь ставится, согласно произведенным измерениям, индивидуально для каждого конкретного поля или земельного массива. Есть условный коэффициент — 0,5 л дизельного топлива на 1 см углубления. Цена агроприема — от 1,5 до 2,5 тыс. рублей на гектар в зависимости от цены агрегата и уровня разуплотнения. Применение щелерезов более бюджетно — 0,5−1 тыс. рублей, хотя должного качества работы они могут не дать. Само выполнение процедуры разуплотнения тяжелым финансовым бременем ложится на сельхозпроизводителя. Часто положительного влияния процедуры разуплотнения на урожай фермеры не понимают, предпочитая работать на уплотненных почвах, иметь недополученную прибыль, а в случае засухи иметь большие потери от недобора урожая. И мало кто из них осознает, что все претензии должны быть адресованы к производителям тяжелых колесных тракторов, и к тем, кто допускает их работу на узкой резине, особенно для почвообработки на наших полях.

Технологические методы профилактики уплотнения почв

Есть мнение, что решить проблему уплотнения почвы можно, если снизить среднее удельное давление колес на почву до 0,15 кг/см2. Пока что сделать это, не используя шины большого размера, не удается. Однако, радикального сокращения площади следов от машин до 14% от площади обрабатываемого поля позволила добиться технология управляемого движения по полям (Controlled Traffic Farming — CTF), которая сокращает уплотнение почвы до минимума благодаря постоянной технологической колее и позволяет повысить экономическую эффективность использования полевого транспорта. К сожалению, в нашей стране широкого распространения эта система пока не получила. Хотя в Австралии повсеместное применение этой системы в значительной степени решило проблему потерь урожая от уплотнения почв в регионах с низким количеством осадков, и внедрение этого опыта было бы очень ценным для наших аграриев, работающих в условиях сухих степей. Рассмотрим, как эта система выглядит на практике.

Земледелие с использованием «постоянной технологической колеи», или, как его называют зарубежные исследователи, «управляемое движение по полям» — это отделение зон движения от зон возделывания растений. Все транспортные средства, оснащенные системами управления GPS, передвигаются по полю по постоянной технологической колее с взаимно согласованной шириной захвата. На практике это означает, что одни и те же колесные колеи используются для обработки почвы, посадки растений, опрыскивания и уборки.

За пределами следа машины не ездят. Благодаря этому, в зависимости от ширины захвата, как минимум на 2/3 площади создаются условия для устойчивого улучшения структуры почвы. Стратегия проезда по полю учитывает тот факт, что 80% повреждений почвы за счет уплотнений возникает при первом проезде. Потому важно, чтобы проезд техники происходил по минимальной площади. При этом колеса всех тракторов и машин установлены на одну и ту же ширину колеи.

У большинства фермеров, которые не используют движение техники по постоянным колеям, ширины колей машин разные, и двигаются они по полю в разных направлениях, что приводит к покрытию следами колес более 80% площади поля.

В Германии еще в 1980-е годы провели масштабное многолетнее исследование, в рамках которого сравнивалась площадь покрытия поля следами колес от машин при переходе от традиционной технологии обработки поля к технологии без вспашки (no-till) и затем к использованию постоянной технологической колеи. Сравнение основано на трехметровой ширине колеи машин. Ширины захвата уборочного комбайна, опрыскивателя и культиватора кратны трем метрам и в данном случае составляют 9 метров. Возможно использование и большего оборудования, например, 15-метрового опрыскивателя.

В качестве радикального шага в профилактике уплотнения почв можно рассматривать технологию прямого посева (систему no-till), так как она предполагает сокращение числа агротехнических операций, а следовательно, требуется меньше проходов техники по полям, что сокращает площадь следов машин на поле до 46%.

Для начала несколько фактов: в РФ ежегодно теряется до 1,5 млрд тонн плодородного слоя почвы, по данным МСХ РФ, плодородие почв за последние десятилетия упало почти вдвое, более 50% урожая формируется за счет накопленного столетиями потенциала плодородия почв, следствием чего является их истощение и деградация.

Усугубляет положение и почвоутомление, которое наблюдается после нескольких лет возделывания одного и того же растения (монокультуры) без внесения необходимых питательных веществ, при отсутствии в севообороте многолетних трав и сидеральных культур, в ходе безграмотного использования химических удобрений, пестицидов, интенсивных типов механических обработок почвы.

Плодородие почвы — способность почвы удовлетворять потребность растений в элементах питания, влаге и воздухе, а также обеспечивать условия для их нормальной жизнедеятельности (ГОСТ 27 593−88)

В последнее время на различных уровнях много говорится о проблеме почвенного плодородия, при этом нет единого понимания, что такое почва вообще и какие процессы в ней происходят.

Для многих, особенно это характерно для чиновников отраслевых министерств и ведомств, почва представляется в виде некоего абстрактного ресурса, обеспечивающего потребности в продукции — своего рода «вечная корова», бесперебойно дающая молоко, не подверженная болезням и угрозе неожиданно околеть. Но даже «вечную корову» нужно хоть иногда кормить, поэтому в случае, если почва теряет свои свойства, нужно вносить больше минеральных удобрений, которые, как уже доказано учеными, не имеют прямого влияния на плодородие почвы. В системе современных научных представлений, как разъясняет заведующий кафедрой почвоведения Ставропольского Государственного аграрного университета, профессор Валерий Цховребов, применение минеральных удобрений повышает урожайность сельскохозяйственных растений и одновременно снижает плодородие почв. Однако господствующей парадигмой у нас является та, которая у нас существует еще с советских времен, с 60-х годов прошлого века.

Когда структура почвы нарушена, почва переуплотнена из-за применения устаревших технологий и тяжелой техники и не способна к самовосстановлению, ее плодородие падает. Здесь рекомендации чиновников применять минеральные удобрения «для восстановления плодородия» чем-то напоминают советы по лечению сифилиса прикладыванием подорожника.

В природе и в системах земледелия, построенных на применении природоподобных технологий, функцию рыхления осуществляет почвенная биота, в частности, дождевые черви. В системе интенсивного земледелия роль почвенной биоты сведена к минимуму. В итоге в результате многолетней настойчивой минерализации активного гумуса при интенсивном возделывании сельскохозяйственных культур живая биомасса почв уменьшилась с 15−30 до 2−3 тонн на гектар, а вместе с этим, как это ни покажется парадоксальным, уменьшался коэффициент отдачи минеральных удобрений.

По сути, все эти годы, занимаясь «повышением плодородия почв», мы его неизбежно уничтожали, и продолжаем уничтожать. Мы его уничтожаем, применяя интенсивные технологии, интенсивную обработку, химические удобрения и пестициды. Казалось бы, все эти вещи, взятые сами по себе, ведут к повышению урожайности. Однако повышение урожайности странным образом сочетается с прогрессирующим с каждым годом снижением качества продукции, фиксируемым микробиологами усилением деградации агроценозов, катастрофическим накоплением патогенов в почве. Все эти деструктивные проявления — следствие снижения плодородия почв и потери почвой своих биостабилизирующих функций. Состояние российских почв необходимо квалифицировать как катастрофическое и как угрозу национальной безопасности.

Интересное и, как нам кажется, максимально верное понимание плодородия почв предложил профессор кафедры почвоведения Санкт-Петербургского госуниверситета Александр Попов, который связал его с процессами кругооборота питательных веществ в почве, симбиозом высших растений и микроорганизмов почвы, а также взаимоотношением последних друг с другом.

На фоне резкого падения рентабельности в растениеводстве закономерно возникает вопрос о повышении роли учета и использования естественных природных механизмов в современном растениеводстве. И нам сегодня важно запустить этот механизм круговорота питательных веществ в экологической системе «растения — почва», чтобы он работал правильно. Для этого необходима смена агрохимической, механизированной концепции земледелия на более щадящую агробиологическую, построенную на современных научных представлениях. Это значит, что нужно как можно меньше мешать и, по возможности, помогать почвенным организмам работать над повышением плодородия почвы. Эта система начинает медленно внедряться на пространстве СНГ. В ряде стран, Бразилии и Аргентине которые являются крупнейшими экспортерами продовольствия, эта система является доминирующей.

Для этого глубокая отвальная вспашка должна быть заменена минимальной обработкой земли без оборота пласта (в США не пашут уже с 60-х гг. ХХ века), а где только возможно — необходимо совершить переход к прямому посеву, известному также под названием no-till (Северная Америка), zero-till (Австралия) — по сути, являющемуся системой мульчированного посева, когда верхний слой почвы покрыт слоем растительных остатков. Однако, переход к прямому посеву на почвах с деградированными биологическими процессами затруднен и обычно требует продолжительного (до четырех лет и более) переходного периода, применения специальных орудий — разуплотнителей почвы без оборота пласта, высева покровных или сидеральных культур для накопления органического вещества в почве и закрепления механического эффекта разрыхления действием стержневой корневой системы сидеральных культур.

Что нам мешает

Массовому внедрению природоподобных технологий в отечественном сельском хозяйстве мешает отсутствие в понятийном аппарате российских аграриев и ученых понятия «здоровье почвы» (soil health). Этот термин с 2000 года широко применяется на Западе как в теории, так и в практике. Сегодня можно категорически утверждать, что внедрение системы прямого посева возможно только при восстановлении здоровья почвы.

В течение переходного периода к системе прямого посева может потребоваться проведение однократного или многократного глубокого рыхления почвы. Эта операция помогает «запуску» биологических процессов в почве. Целесообразность и кратность применения данного агроприема определяется исключительно реальной ситуацией на конкретном поле, в зависимости от того, запустился или нет механизм естественного рыхления.

Внедрение природоподобных технологий требует трансформации прежней системы представлений. Необходимо понять, что для получения не просто высоких, а высокорентабельных урожаев нужно не просто правильно вносить минеральные удобрения в почву, а научиться кормить живущих в ней бесчисленных обитателей. Для этого нужно понимать их функции, их потребности и взаимосвязи в сообществах. А для начала было бы хорошо осознать факт, что микробы почвы во много раз по биомассе превосходят человечество и весь скот, вместе взятых, и нужно понимать, какой «армии союзников» мы себя лишаем, уничтожая живую составляющую почвы. Нам надо научиться создавать условия для работы почвенных организмов, которые способны обеспечить почву и растения всем необходимым с наименьшим применением химических препаратов.

При этом, сообщество корней и биоты обеспечивает биологическое рыхление почвы, способное заменить механическое рыхление и бороться с уплотнением. Вследствие этого в системе зeмлепользования прямого посева важнейшим фактором является восстановление биологической активности почвы. Ключевым моментом внедрения этой системы на начальном этапе является необходимость запустить биологический процесс восстановления и саморыхления. Мы должны понимать, что, отказываясь от механического воздействия на почву, мы должны запустить систему биологического рыхления.

Поскольку переход к прямому посеву начинается, как правило, на поврежденных, «больных» почвах, важно организовать правильное прохождение восстановительного, переходного периода. Без знаний микробиологии он может длиться до восьми лет, а при использовании сложных микробиологических препаратов он может быть сокращен до трех-четырех лет.

Назначение всех этих элементов одно — запустить биологические процессы в почве, что позволит нам не только иметь здоровую почву, но и создать задел для улучшения экологической обстановки и повышения качества жизни как нынешнего, так и будущих поколений, и, возможно, в целом изменить подходы к хозяйственной деятельности человека.

При этом, используя все эти инструменты для повышения почвенного плодородия не стоит забывать о пагубном машинном воздействии на почву. Так, использование тяжелых отечественных тракторов на полях страны без специальных шин и колес, снижающих давление на почву до принятого стандарта, должно быть запрещено законодательно. Должна быть введена система госконтроля и наказаний за бесконтрольное применение тяжелой сельскохозяйственной техники в контексте ее влияния на снижение и разрушение почвенного плодородия.

Источник