Теоретические и почвенно-функциональные предпосылки адаптивно-ландшафтных и мелиоративных биотехнологий

Мировое признание концепции устойчивого развития, которое обеспечило бы расширенное воспроизводство природных ресурсов, знаменует собой переход от антропоцентрической ориентации природопользования к ресурсо-воспроизводящей.

В земледелии на почвах с выраженным ускорением про­цессов деградации и высокими рисками потери почвы (педосферы) как основного звена экосистемы (биосфе­ры) обязательно должна присутствовать экологическая направленность в методах землепользования. Это подра­зумевает необходимость максимального приближения систем земледелия к естественным природным процес­сам (при обеспечении достаточно высокой продуктивно­сти сельскохозяйственного производства).

Характерное для современных систем земледелия не­совпадение задач производства с потоками веществ в природной среде порождает применение все возраста­ющего количества техногенных ресурсов. В результате агроэкосистемы все больше отдаляются от экосистем. Это сопровождается интенсификацией деградационных процессов и ускоренными потерями биопродуктивности агросистем и их ресурсо-воспроизводящей способности.

Такое положение вещей выдвигает на первый план но­вую парадигму земледелия, основанного на принципах взвешенного принятия решений по оптимизации техно­логических процессов, экономических и организацион­ных аспектов деятельности сельхозпроизводителей. Эти подходы могут найти практическое воплощение только на основе глубокого и всестороннего знания о состоя­нии земель, их природном потенциале, характере и на­правленности современных процессов эволюции почв. Эти принципы заложены в основу предлагаемых нами адаптивно-ландшафтно-мелиоративных и ресурсо-вос­производящих сельскохозяйственных биотехнологии. В этом контексте анализ исторического развития земледе­лия позволяет нам заключить, что системы земледелия во все времена и периоды исторического развития об­щества были по своей сути адаптивно- улучшающими. Но только по сути, а не по существу.

Согласно А. Л. Иванову (2000) и А.Т. Волощуку (2001) на ранних этапах становления систем земледелия они носи­ли интуитивный ландшафтно-адаптивный характер. Впо­следствии в работах А. Т. Болотова (1771) И. М. Комова (1788) А. Н. Энгельгарда и других были сформулированы первые шаги научного познания адаптивно-ландшафт­ных процессов. Истоки же зарождения самих принципов формирования адаптивно-ландшафтного подхода при формировании систем земледелия были сформулирова­ны в работах В. В. Докучаева (1883, 1884, 1892,1898).

Впервые данная позиция находит свое отражение в ниже следующем определении. «Почва и климат, суть основ­ные и важнейшие факторы земледелия – первые и неиз­бежные условия урожаев. Следовательно, раз мы жела­ем урегулировать последние, желаем овладеть ими, мы, прежде всего, должны всесторонне, вполне научным об­разом, изучить естественные, постоянные причины этих урожаев, именно почву, и климат, и отчасти и организмы, особенно низшие. Только тогда, познакомившись со все­ми их достоинствами и недостатками, будем в состоянии разумными в наибольшей степени воспользоваться пер­выми (достоинствами) и успешно бороться со вторыми, (недостатками почвы) и климата» (Докучаев, 1898).

Эта же мысль прослеживается в другом его высказы­вании. «Едва ли кто-либо станет спорить, что всесто­роннее знакомство с естественными силами почвы и их недостатками, с их отношением к подпочвам, воде, температура, ближайшее знакомство с местными мине­ральными удобрениями, установка точной классифика­ции почв, их бонитировка и пр. и пр., что все это не дало бы и нашим земствам и частных лицом (разумеется, же­лающим следовать указаниям науки) могущественного рычага к улучшению их хозяйства». В этой связи очень уместна его трактовка, близкая к сегодняшнему пони­манию проблем адаптивно-ландшафтного подхода к земледелию. Вполне понятно, что чем меньше выбра­ный район (губерния, еще надежнее – уезд, даже одного селение), тем лучше. Тем проще постановка вопрос, тем меньше потребуется поправок, тем глубже и детальнее могут быть изучены всех почвообразовательные про­цессы. И ценнее будут выводы.

Одновременно с В. В. Докучяевым профессором И.А. Сте­бутом были сформулированы практически современные представления о средообразующих способностях сель­скохозяйственных культур по в шести пунктам: степени затенения, степени иссушения, соотношению между из­влекаемыми питательными веществами и количество оставляемых урожаем остатков, степень спелости почв, степень освобождения почв от сорняков (приведено по А. Т. Волощуку 2001).

Теоретические основы адаптивно-ландшафтных интен­сивных технологий были развиты в работах В. И. Кирю­шина (1993, 1996, 2000), А. И. Бараева ( 1970, 1972, 1978, 1988), А. Н. Каштанова (1994), А. Т. Волощука ( 2000, 2001) и др. А. Л. Ивановым (2000) была сформулирована концеп­ция адаптивно-ландшафтно-мелиоративных технологий, предусматривающих дифференцированную адаптацию мелиоративных приемов устранения неблагоприятных природных факторов, которые лимитируют биопродук­тивность ландшафта.

Внедрение технологий, разработанных на основе упо­мянутых принципов, позволили частично сократить затраты на производство и снизить темпы деградации почв. Вместе с тем, даже в этих условиях, по экспертным подсчетом, на сегодняшний день в мире на создание 1 пищевой калории расходуется более 2 калорий антро­погенной энергии. В тоже время, следует принимать во внимание такой фактор, как исчерпаемость природных ресурсов для производства минеральных удобрений, пестицидов, некоторых мелиорантов и т.п. Например, по имеющихся данным, запасов сырья для производства фосфорных удобрений на планете хватит на 70-80 лет при современных темпах их использования, а калийных удобрений – 60-65 лет.

В связи с этим вопросы энерго- и ресурсосбережения, экологической устойчивости растениеводства, остают­ся в современной агрономии на первом месте. В поис­ке решений, во всем мире стали широко применяться ресурсосберегающие технологии, ориентированные на снижение энергетических затрат. В последние 10-15 лет эти технологии стали широко внедряться и в Респу­блике Молдова. Вместе с тем, если в развитых странах их применение основано на накопленный местный опыт, то у нас, объективно, идет процесс сокращения работ и количество вносимых удобрений из-за дороговизны энергоносителей и средств химизации. В этом смысле уже сейчас можно сказать, что концепция ресурсосбе­регающих технологий – так, как они воспринимаются сейчас – неприемлима. На наш взгляд это связана с тем, что в применениях технологиях акцент выставляется на агротехническую компоненту, в частности – на снижении технических нагрузок на почву.

Поэтому в таких технологиях приоритетным направле­нием является агротехника. Более того, решая в той или иной степени ресурсосберегающие аспекты, эти техно­логии влекут за собои ряд почвенно-функциональных эффектов. В условиях No-Till процессы гумусообразова­ния и биогенной аккумуляции концентрируются в пер­вые 0-10 см от поверхности. В то же время создается бла­гоприятный гидрологический профиль в толще 0-150 см.

В зависимости, от климатических особенностей года в черноземах Бэлцкой степи общие запасы влаги в слое 0-150 см составляют от 390 до 450 мм. Запасы продуктив­ной влаги в этом слое составлют 220-240 мм (около 60% от общих запасов). Запасы влаги медленно увеличивают­ся с глубиной. Отмечается существенное сокращение по­тери влаги на физическое испарение.

В связи с тем, что корни растений концентрируются в верхнем слое почвы, существенно сокращаются затраты на эвапотранспирацию из средней и нижней частей про­филя. Вследствие этого в течение всего вегетационного периода слой 50-100 см характеризуется удовлетвори­тельными запасами влаги (50-60% НВ). В слое 100-150 см запасы влаги сохраняются в интервале НВ-ВРК. В этом ин­тервале растения не испытывают недостаток влаги.

Динамика влаги в слое 0-30 см определяется климати­ческими условиями. Дефицит влаги в нем наступает во второй – третьей декаде июля (в зависимости от клима­тических условий года). В начале августа в слое 0-30 см влажность составляет 0,2-0,3 НВ или же устанавливается на уровне влажности завядания (В3). В засушливые годы/ периоды влажность устанавливается на уровне макси­мальной гигроскопичности (МТ) и абсолютно недоступна растениям. Это свидетельствует о том, что агрогенный слой пахотных черноземов 0-30-50 см составляет обо­собленный гидрофизический слой, не имеющий гидро­физической связи с ниже залегающими водно-физиче­скими слоями профиля. Это определяются прерывчатым характером порового пространства и особенным струк­турно-агрегатным составом. Именно эти два фактора препятствуют подтягиванию запасов влаги из средней и нижней частей почвенного профиля в агрогенный го­ризонт, вопреки тому, что в ней устанавливаются острый дефицит влаги.

В этих условиях в агрогенном горизонте, практически, прекращаются биологические и биохимические про­цессы. Интенсивная эвапотранспирация обусловливает ускоренные процессы концентрирования почвенного раствора, что приводит к снижении доступности почвен­ной влаги растениям. Сушественно снижается подвиж­ность фосфора (хотя его содержание составляет 8-10 мг /100г почв – 80-100 мг/кг). В составе почвенного раствора баланс двухвалентных катионов (Са2+ и Мg2+) смешается в сторону магния. Одновременно увеличивается отно­сительное содержание натрия в почвенном растворе. Это приводит подщелачиванию почвенного раствора (рН=8,2-8,4), что неблагоприятно сказывается на почвен­ную биоту и корневую систему растения.

Благоприятный режим влаги в слое 50-150 см способ­ствует активным биологическим процессам. В отсут­ствие свежих органических остатков в течение всего вегетационного периода в этом слое протекают процес­сы минерализации гумусовых веществ. В то же время процессы гумусообразования сводятся к нулю. В этих условиях происходит дезагрегация почвенной массы и отмечаются признаки кольматации почвенных пор, что медленно, со временем обусловливает слитизацию пе­реходного горизонта.

В почвах, где No-Тill применяется длительное время (8- 10 лет), отмечаются признаки изменения органопрофиля (гумусового профиля), с переходом из прогрессивно-ак­кумулятивного в регрессивно-аккумулятивный. В то же время нашими исследованиями установлено, что в усло­виях No-Тill происходят процессы воспроизводства поч­венной структуры, преимущественно в агрогенном го­ризонте. В ниже залегающих горизонтах процессы агре­гирования практически не происходят из-за отсутствия свежеобразованных гумусовых веществ.

В условиях поверхностной обработки изменения анало­гичны, но с другим количественным выражением. Здесь к фактором, влияющим на эволюцию пахотных черно­земов, прибавляется агрофизическая стратификация агрогенного слоя по показателям плотности сложения и общей и дифференциальной порозности. При поверх­ностной обработке лишь часть органических остатков разлагается на поверхности почвы (35-40%). Основная же масса разлагается на глубине 10-16 см, где создают­ся наиболее благоприятные условия для гумификации с образованием преимущественно гуминовых кислот.

Часть свежеобразованных гумусовых веществ выносит­ся нисходяшми токами веществ из верхней части про­филя в средней. Этот вынос осуществляется в период интенсивного протекания процесса гумусооброзова­ния (апрель – первые декады июня), когда еще страти­фикация горизонта слабая. В последствии эти вещества подвергаются процессу конденсации вследствие деги­дратации и способствуют агрегированию почвенной массы. Вместе с тем наши исследования показали, что эти процессы ограничиваются на уровне гумусово пе­реходного горизонта АмВ.

Глубокая обработка без оборота пласта создает бла­гоприятные условия для протекания биологических процессов как в агрогенном так и в нижезалегающем горизонте (таб. 1). Вместе с тем наши исследования по­казали, что о каличество вновь образованного гумуса в этих условиях равняется лишь количеству необхо­димого для компенсации затрат на создание урожая. Систематические наблюдения показали, что в течение пяти лет количество гумуса на фоне глубокого рыхле­ния без оборота пласта, практически остаются неизме­ненными (таб. 2).

Одновременно нашими исследованиями было уста­новлено, что периодическая обычная вспашка (0-22 см), несмотря на ускоренное установление неблаго­приятных показателей физического состояния в тече­ние вегетации в агрогенном горизонте, в первые фазы развития растений (преимущественно с глубокой кор­невой системы) в апреле – мая создает благоприятные условия для проникновения корневой системы глубже агрогенного слоя. Вследствие этого неблогоприятные показатели плотности и влажности в меньшей степени сказываются на состояние растений. Особенно заметно это прослеживалось в засушливые 2011, 2012, 2015 и 2016 годы. К тому же достоверно установлено перио­дическое запахивание свежих растительных остатков на глубине 2,2-2,5 см с одновременным обеспечением необходимого количества азота способствует проник­новению свежеобразованных гумусовых веществ в пе­реходных к материнской породе (В1 и В2) горизонтах. Тем самым обеспечивается источник энергии для про­текания биологических и структурно-агрегационных почивообразовательных процессов.

Периодическая глубокая вспашка (30-35 см) способству­ет разрыхлению подпахотного горизонта в течение всего вегетационного периода. Наряду с этим периодическое глубокое запахивание свежего органического вещества на фоне поверхностной обработки в течение 4-5 лет обеспечивает наличие в почвенном профиле источника гумусовых веществ для всей переходной к материнской породе толще (горизонт В). Тем самым создаются условия для постоянного протекания элементарных почвообра­зовательных процессов в переходном горизонте. Это на­талкивает на мысль о целесоброзности применения ро­тационной системы обработки, способной обеспечивать как снижение энергетических затрат, так и поддержку (сустенабильность) природных элементарных почвооб­разовательных процессов, целенаправленное развитие и расширенное воспроизводство черноземного почво­образования. Внедрение этой системы предполагает се­мипольный севооборот и как минимум два посева про­межуточных культур.

Представленные данные и доводы свидетельствуют о том, что технологии, основанные на приоритетность климатического и агротехнического факторов, не могут решить проблему обеспечения сустемноабильности ак­туальных агроэкосистем.

В ряде ранее опубликоваными работ была обоснована приоритетность почвенно-биологического фактора в земледелии за счет рационального использования сре­дообрзующей способности растений. За основу при раз­работке концепции биологизации нами приняты осно­вополагающие принципы, сформулированные А. В. Сове­товым в области взаимосвязей естественных процессов в системах земледелия.

В развитие этих принципов нами были идентифицирова­ны и оценены взаимодействия между естественными и антропогенными процессами в системах земледелия, в эволюции природного плодородия почв. Именно управ­ление этими взаимодействия может создать условия для обеспечения расширенного воспроизводства, замкнуто­го оборота веществ в системах земледелия. Внедрение экологически сбалансированных систем земледелия способствует воспроизводству плодородия поч биологи­ческим (естественным) путем.

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *