Почва как фактор продуктивности растений

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

Почва как фактор продуктивности растений

Агроэкологические факторы. Л-2

Агроэкология включает специфические вопросы экологии, связанные с производством средств жизнеобеспечения (пища, одежда, топливо, стройматериалы, парфюмерия и т.д.) за счет производственной деятельности на земле. Пространственно это часть экологии суши, а функционально в сферу агроэкологии относят ту часть специфического обмена вещества и энергии, которая связана с аграрной деятельностью человека.

В общем виде значение агроэкологии определяется тем, что история взаимоотношений человека и природы — это в существенной мере история производства продовольствия и средств существования за счет ресурсов биосферы, в том числе за счет почвенных ресурсов. Алгоритм этого процесса можно представить так: рост населения ® рост потребностей ® рост нагрузки на среду обитания.

Как следует из приведенного алгоритма, рост нагрузки на среду обитания есть произведение роста населения и роста потребностей человека и в ограниченном пространстве планеты рост не может быть бесконечным, неизбежно исчерпание ресурсов , в том числе и почвенных, и наступление кризиса. Обострение экологических проблем есть признак наступления такого кризиса. Признание этого в мире обычно связывают с выходом книги Д.Форрестера «Мировая динамика» в 1971 году (перево д в СССР издан в 1978 году). В течение последующих 10-20 лет экологическая проблема вышла на первое место в мировом сознании по остроте, потеснив продовольственную и военную проблемы. Первым из ученых — естественников на принципиальную ограниченность Земли для роста населения указал В.И.Вернадский (ученик В.В.Докучаева) в работе «Научная мысль как планетное явление» (написанная в 1936 году эта работа по политическим мотивам не была опубликована при жизни ученого, «Правда»,11.03.1988 г.). В этой статье где он писал, что полная заселенность суши Земли достигнута впервые в истории; дальнейший рост населения возможен только за счет интенсификации производства средств жизнеобеспечения. Защиту от кризиса В.И.Вернадский предложил в концепции » от биосферы к ноосфере». Суть этой концепции — разумное регулирование процессов взаимоотношения человека и природы в планетарном масштабе, на основании научно-технического прогресса.

За прошедшие годы концепции В.И.Вернадского не предложено конкурентоспособной альтернативы. Кризис же развивается; публикуются мнения и прогнозы, что «человечеству осталось жить 20-25 лет. » ( Комсомольская правда, 5.12.1992). Крупных неприятностей в грядущем не отрицает никто из ученых, специально занимающихся проблемами экологии. Большинством они прогнозируются не как мгновенная гибель, а как растянутое во времени ухудшение условий жизни, увеличение смертности, уменьшение рождаемости и, как итог, сокращение населения. В России эти процессы очевидны. В качестве общих мер защиты от надвигающихся неприятностей на одном из важных мест находится проблема экологического образования . Главная задача этого – стабилизировать ситуацию на приемлемом для человека уровне. Из вышеизложенного следует, что очень важная часть общеэкологической проблематики связана с аграрной деятельностью человека, поэтому соответствующие обстоятельства должны исследоваться во всей полноте.

Теперь все вопросы в развитии аграрной отрасли должны решаться с учетом как общих экологических последствий аграрных технологий в комплексе, так и отдельных проектов и операций. Одним из показателей важности такого подхода является повышенный спрос мирового рынка на экологически чистую продукцию по повышенной цене.

Факторы роста и развития растений в аграрных экосистемах как общеэкологические факторы

В обеспечении высокой продуктивности растений выделяют пять главных условий, которые называют факторами роста и развития растений. Изменение величины фактора во времени называется режимом: тепло (температурный режим), свет (световой режим), вода (режим влажности), воздух (воздушное питание СО ₂ ), минеральные вещества (корневое питание элементами минеральной пищи растений (ЭМПР), или пищевой режим). Для земледелия как практической дисциплины важное значение имеет возможность влияния на режимы состояния факторов средствами технологии.

В этом отношении полнее всего техническими средствами контролируется пищевой режим, реально сейчас человечество до 70% пищевых калорий получает за счет технологии удобрений, т.е. если представить, что удобрений не стало, то 70% людей остаются без пищи.

В существенной степени регулируется водный режим. Осушительные и оросительные мелиорации оказывают капитальное влияние на водный режим больших территорий. Система обработки почв также одной из ключевых задач имеет оптимизацию режима продуктивной влаги в почве. Воздушный режим тесно связан с водным, поскольку обмен воды и воздуха в почве идет по одним и тем же порам. Соответственно, тесно взаимозависимо у них и влияние технологии на режимы.

Тепловой и световой режимы в открытом грунте только частично могут регулироваться технологией за счет приспособительных действий. В закрытом грунте, напротив, регулирование светового и теплового режима составляет основу технологии и преобладает по затратам. Удобрение и водообеспечение , которые в открытом грунте являются главными потребителями энергии и средств, в теплицах занимают относительно меньшую долю по затратам, а, соответственно, и в стоимости продукции.

При характеристике питания растений важно подразделять три стороны этого сложного комплексного явления. Остальные живые организмы существенно отличаются тем, что энергетически питаются за счет растений.

1. Питание как энергообеспечение. В этом смысле растения потребляют кванты света и называются автотрофы; они осуществляют единственный в природе процесс преобразования электромагнитной энергии света в форму энергии химических связей, пригодную для использования живыми организмами.

2. Субстратное питание, как усвоение вещества (элементов), из которого строится основная масса тела живых организмов. В этом отношении растения питаются углекислым газом и водой.

3. Функциональное питание, как потребление компонентов, обеспечивающих метаболизм живого организма; сюда относится потребление ЭМПР (включая макро- и микроэлементы). При этом «микр о- » означает только количество, а не значение, потому что дефицит микроколичеств микроэлементов точно так же ограничивает урожай, как дефицит любого из трех главных элементов питания, азота, фосфора и калия. Эти три составные части процесса питания, как и другие процессы роста и развития растений успешно идут при благоприятном значении и оптимальном сочетании пяти главных факторов.

1. Свет

Свет как главный экологический фактор имеет глобальное значение как источник энергии для основного блока продукционного процесса — фотосинтеза. Для фиксации моля углекислого газа в среднем необходимо 8 Эйнштейнов (Е) световой энергии. Эйнштейном называется моль квантов света.

где: N — число Авогадро 6,02 ´ 10 23 ;

h — постоянная Планка 0,66 ´ 10 -33 Дж ´ сек;

n — частота, сек -1 .

Таким образом энергия Эйнштейна зависит от длины волны. Красный свет с длиной волны 680 нм, основной диапазон синтеза углеводов, имеет энергию моля квантов (Эйнштейна), равную 176 ´ 10 3 Дж.

Влияние солнечной радиации определяется тремя обстоятельствами:

1) Температурный эффект определяется тем, что около 70% солнечных лучей, поглощенных растениями, превращается в тепло, используемое на транспирацию, регулирование температуры растений и пр. Это – важный экологический фактор, определяющий условия реализации температурного оптимума существования всех агроэкосистем . При температурах выше и ниже оптимума эффективность процессов в экосистемах снижается. В естественных экосистемах стремление к оптимуму проявляется формированием списка видов в эволюции, за миллионы лет. В агроэкосистемах подобное достигается за счет интродукции и селекции;

2) Фотосинтез — использование фотосинтетически активной радиации (ФАР), видимой части света с длиной волны 380-710 нм. Разные участки спектра имеют разную эффективность усвоения, у красных лучей больше, у синих — меньше, в среднем по спектру считается возможной фиксация 22% энергии ФАР. В среднем на Земле усваивается около 0,2% от ФАР, в рекордных полевых посевах достигнут уровень фиксации 2,5%, а в экспериментах до 5% ФАР; ФАР составляет около 40% солнечной радиации.

3) фотоморфогенетическое (регулирующее) воздействие на рост и развитие определяется составом света и временными факторами освещения, вызывает явления фотопериодизма.

Обобщенно значение отдельных частей спектра для роста и развития растений характеризуется данными таблицы 1.

Значение отдельных частей солнечного спектра.

Источник