Факторно-процессные предпосылки разработки сустенабельных агротехнологий расширенного воспроизводства плодородия черноземов.
В соответствии с концепцией данной статьи, термин сустенабельность применяется в смысле подержания, от латинского sustinio — поддержать. В контексте предлагаемой статьи это предполагает подержание природных целенаправленных процессов функционирования почвенной экосистемы. На современном этапе развития сельского хозяйства однозначно доказано, что применяемые на черноземах технологии, основанные на интенсивном применении пестицидов и минеральных удобрений, становятся малорентабельными, экономически и экологически не оправдываются. В этом смысле Б. Боинчаном устаовлено, что в большинстве случаев прибавки урожаев от внесения удобрений составляют от 5 до 15% и лишь в отдельных случаях превышают 20%. В то же время нашими исследованиями установлено, что минеральные удобрения являются мощным фактором дезагрегации почвенной массы пахотного горизонта, снижения буферной способности и емкости поглощения влаги. По литературным данным, крайне неблагоприятно минеральные удобрения влияют на биомассу и состав почвенной микробиоты и беспозвоночной фауны. Согласно концепции плодородия почвы, основанной на теории минерального питания растений, гумус является носителем плодородия и рассматривается лишь в качестве резерва питательных веществ, который нужно разложить, минерализоать, чтобы мобилизовать питательные вещества. Минерализация активного гумуса привела к тому, что живая биомасса почв уменьшилось с 30 до 2-4 т/га. При сохранении в агрохимии и земледелии существующих сегодня точек зрения на проблему корневого питания растений перспектива превращения почвы из «живого тела» (по выражению В.В. Докучаева) в субстрат неизбежна.
В этом смысле современные представления о деградации почв надо рассматривать не только как результат действия суммы факторов, ведущих к снижению содержания гумуса и ухудшению физических,химических и физико-химических показателей, но и как следствие сведения к минимуму условий для гармонического развития растений и почвенных микроорганизмов.В существующих системах земледелия биологические особенности почвообразовательных процессов и формирования почвенного плодородия не берутся во внимании. Поскольку в центре представлений о плодородии почв и формировании урожая сельскохозяйственных культур находятся известные принципы минерального питания растений. В результате этого активно развивалась агрохимическая часть земледелия. Как следствие глобальной химизации мы имеем деградированные почвы, которые не в состоянии обеспечить реализацию потенциала урожайности сельскохозяйственных культур. По мнению В. В. Волкогона, как следствие потери активной части гумуса, даже при
достаточном минеральном питании растения не могут реализовать биологический потенциал. Это привело к тому, что уменьшился коэффициент отдачи минеральных удобрений с 28 кг урожая зерна на 1 кг вносимых в почву минеральных удобрений NРК до 4-5 кг, что при современных ценах на удобрения ставит их применение на грань рентабельности. В производстве пшеницы, например, рентабельность составляет в среднем 20%.
В засушливые и неблагоприятные годы (2003, 2007, 2012, 2015) оно составляла ниже 7%. В этом плане уместно напомнить, что множество одновременно происходящих в почве взаимосвязанных процессов определяется ее генетическими особенностями и факторами внешнего воздействия. Компонентам почвенного биоценоза свойственно стремление к состоянию динамического равновесия. Однако любое воздействие на почвенную среду оказывает влияние на состав и деятельность микроорганизмов. Коренной перестройки микробиоценоза при кратковременном воздействии на почву, как правило, не происходит. Тогда как агротехническое воздействие на почву приводит к изменению физических свойств почв (водного, воздушного и температурного режимов, увеличению либо снижению плотности, количества крупных пор), изменению биогенности и состава биоты почв, некоторых химических свойств и др. Известно, что минеральные удобрения в умеренных дозах обусловливают увеличение общей численности микроорганизмов или отдельных их групп, что связанно с активизацией процессов, связанных с трансформацией азот и углесодержащих соединений и дыхания почв. Но если в почве нет достаточного количества легко разлагающихся органических веществ, то даже невысокие дозы удобрений, постоянно вносимые в
почву, постепенно уменьшают численность микроорганизмов. Систематическое применение минеральных удобрений в высоких дозах изменяет всю биодинамику почвы, увеличивая численность отдельных физиологических групп организмов за счет угнетения других и приводит к перестройке в микробном ценозе. И даже к автолизу большей части ми- кроорганизмов.Использование минеральных удобрений резко интенсифицирует микробиологические процессы и, как следствие, приводит к быстрой минерализации гумуса, накоплению нитратов, усилению эмиссии газов разных соединений азота из почвы. Негативным последствием интенсивного применения минеральных удобрений в ряде случаев, может быть изменение микробного ценоза почвы, при котором преимущественное развитие приобретают микроорганизмы более приспособление к изменившимся условиям. Некоторые из них обнаруживают фитотоксические и антагонистические свойства, приводящие к снижению урожайности сельскохозяйственных культур. Образуется замкнутый круг: ухудшение плодородия ведет к снижению урожаев и требует внесения все больших доз минеральных удобрений для обеспечения продуктивности сельскохозяйственных культур.
Это приводит к еще большему снижению уровня плодородия, что требует снова увеличивать дозу минеральных удобрений. Снижение количеств вносимых удобрений после девяностых годов привело к резкому снижению урожаев. Таким образом, перед фермерами по- прежнему стоит проблема обеспечения высокой продуктивности сельскохозяйственных культур и защиты растений от болезней. Устарела и концепция органической системы удобрения почв. Это не только потому, что больше нет того животноводства, которое существовало при СССР. В большей степени это связано с тем, что на сегодняшний день применение навоза рентабельно лишь при его перевозке на расстояние 3–4 км от места его складирования. К тому же, его последействие короткое –5–6 лет, а не 13–15 лет как утверждалось. А это значит, что каждые 5 – 6 лет необходимо вносить в почву новые 30 – 40 т/га навоза, а это нереально.Усиливающаяся неустойчивость продуктивности полей, падение плодородия почв на планете при возрастающем требовании экологизации сельскохозяйственной отрасли в соответствии с новыми подходами к природопользованию, диктуют необходимость смены парадигмы в целом в земледелии. Успешное решение поставленной проблемы в земледелии, как основополагающей науки о землепользовании, возможно только на основе смены старой парадигмы интенсификации сельскохозяйственного производства на базе широкой химизации, на новую – биоземледелие без химизации. Это предполагает переход сельскохозяйственной отрасли на смоделированные эволюционные и экологические процессы, которые представляют собой ничто иное, как целенаправленный процесс межвидовых и внутривидовых взаимодействий живых организмов между собой и косной материей в агроценозе.
В наблюдаемом сегодня вытеснении или сильном подавлении компонента биоценоза целенаправленно развиваются процессы перехода экосистемы почвы на новый экологический уровень, где типогенетические процессы почвообразования приспосабливаются к существующим условия ландшафта с почвообразовательной эффективностью количественно и качественно соответствующей этим условиям. Это и привело к существующей и наблюдаемой полной зависимости биопродуктивности агроландшафта от лиматических условий (температура, влажности и др.). А значит — и к снижению устойчивости агроландшафтов. Последняя проблема является значительно более значимой проблемой, чем возможные климатические изменения. К тому же последние обусловливаются в большей степени деградацией ландшафта, чем индустриально-техногенными факторами. По мере перестройки структурно-функциональной и энергетической организации почвенной экосистемы в соответствии с условиями ландшафта сужается до минимума интервал оптимальных значений физических, физико-химических и химических параметров функционирования почвы. Это приведет к снижению биопродуктивности почвы и
к стагнации почвообразовательного процесса. Или же к его регрессивной эволюции и к переходу ландшафта в другое энергетическое и функциональное состояние. В этом смысле дальнейшее развитие земледелия предполагает разработку дифференцированных агротехнологий, способных обеспечивать целенаправленное воспроизводство свойств и режимов почв. Что приведет, со временем, к восстановлению устойчивости ландшафтов и к его функциональной адаптации к изменениям внешней среды, в частности к изменениям климата. Сформулированный принцип вытекает из современной теории почвообразовательного процесса, согласно которой плодородие почвы является основополагающим условием реализации целенаправленного расширенного воспроизводства почвообразовательного процесса (Jigau, 2004, 2009). Движущей силой целенаправленного расширенного воспро-
изводство природного плодородия почв является гумусообразовательный процесс. Он материализуется в законе о преобладающей роли гумусообразовательного процесса в це-
ленаправленном развитии всех типогенетических и ассоциированных процессов черноземного почвообразования и расширенного воспроизводства естественного плодородия почв в естественных степных экосистемах. Постоянный приток гумусовых веществ в естественных степных экосистемах обеспечивает устойчивость структурно-функциональной организации почвенной экосистемы и степного ландшафта в целом. В агроэкосистемах процесс гумусообразования утратил доминирующую роль в стабилизации физического состояния черноземов, вследствие чего в них устанавливается стагнирующий или регрессивный тренд эволюции. Главной причиной сокращения роли гумусообразовательного процесса является недостаточный приток органических остатков в почву и нарушение их режима: — нарушение и антропогенная деградация почвенно-функциональной обстановки и почвеннофункциональных режимов ответственных за процессы образования и аккумуляции гумуса; — однородность и низкое энергетическое качество органических остатков; дефицит биологического азота необходимого для реализации процесса гумусообразования; — ускоренная интенсивность про- цессов разложения свежих органических остатков (в условиях отсутствия гумусового детрита) и образование «антропогенного» гумуса, менее конденсирован- ного и полимеризированного, соответственно и менее устойчи- вого;
— постоянное «стрессовое» состояние почвенной биоты обусловленное «хаотичной» динамикой количества, качества, состава органических остатков и сроков поступления органических остатков в почву: — существенное сокращение в почве микробной биомассы в качестве постоянно возобновляемого источника гумуса с 28-30 до 1-2 т/гa;- несовпадение в пространстве зоны отложения растительных остатков и зоны с оптимальными условиями для протекания процесса гумусообразования; — интенсификация процессов минерализации органических остатков вследствие деградации порового пространства почвы. В таблице 1 представлены средние биоэнергетические параметры для черноземов Молдовы. В таблице нижний предел показателя представляет величину, ниже которой происходит заметное снижение урожаев и ресурсо-воспроизводящей способности почвы. Верхний предел определяется экономической и экологической целесообразностью повышения гумусированности. Показатели оптимальных параметров должны находиться в соответствии с требованиями отдельных культур. Современный тренд гумусового состояния черноземов Молдовы предполагает два параметра: — критическое содержание гумуса; — минимально – допустимое гумусное состояние. Критическое содержание гумуса –значение ниже которой ухудшаются функциональные свойства обеспечивающие стабильность к агрогенным давлениям, и составляет 4 %. Минимально допустимое гумусное состояние (содержимое гумуса 2,5 – 3,0 %) значение ниже которой показатели структурно–функциональной организации (плотность сложения,общая и диффиренцированая порозность, структура и ее водопрочность) приближается к показателям характерным для материнской по-
роды. В конце XIX столетия (1897 г) по данным В. В. Докучаева содержание гумуса в гумусово-аккумулятивном горизонте нашего края составляла от 5- 9 %, а мощность гумусового
слоя (A+B) в большинстве случаев составляла более 80 см. Запасы гумуса в слое до 20 см составляли около 200 т/га, а в слое до 100 см — 650 – 750 т/га (Докучаев, 1900). Уже в первой половине XX столетия (1937) по данным Н. Флорова содержание гумуса в черноземах северной зоны составляло 4 – 6 % (на составленных им картограмам преобладают почвы содержащие 4–5 %). В почвах южной зоны содержание гумуса составляло 3–5 %, с преобладанием почв, содержащих 3–4 %. Запасы гумуса в большинстве случаев в почвах северной зоны составляли 135 – 145 т/га в слое до 20 см и 510 – 615 т/га в слое до 100 см. В почвах южной зоны запасы гумуса составляли 90–100 т/га, а в слое до 100 см — менее 500 т/га. Это состояние в почвах сохраняется до начала 70-х гг. К началу периода интенсивной механизации и химизации сельского хозяйства (1965 г) среднее содержание гумуса в слое до 30 см чернозёмов северной части варьировало в интервале 4–5 % с преобладанием почв содержащих 4,23 – 4,48 %, а запасы гумуса в этом слое составляли 152–162 т/га. В слое до 100 см они составляли 510–590 т/га. В почвах южной зоны среднее содержание гумуса составляло 3,84–4,36 %. Запасы гумуса в слое до 30 см составляли 138-157т/га, а в слое до 100 см — 485-540 т/га.В конце XX столетия (1990) содержание гумуса в до 30 см составляло 3,5–4,5% в черноземах северной зоны и 3–4 % в черноземах южной зоны. Запасы гумуса в этом слое составляли 126–152 и 108–144 т/га соответственно. Запасы гумуса в слое до 100 см составляли 490–540 т/га в северной зоне и 440–510 т/га в южной зоне. Последние показатели близки к показателям минимально допустимыми.
При этом достоверно уставлено,что при значениях ниже критических показателей темпы потери гумуса значительно снижаются – до 0,7 т/га в год, а вновь образованные количества гумуса лишь частично компенсируют эти потери.Исходя из выше, изложенного приходим к выводу, что за последние 120–150 лет чернозёмы региона прошли четыре стадии природно–антропогенной эволюции биоэнергетической и структурно–функциональной организации почвенной экосистемы (в качестве эволюционного критерия оценки энергического и структурно-функционального состояния почвенной экосистемы использовано содержание гумуса): 1. Природно – антропогенной пертурбации. 2. Природно – антропогенного изменения. 3. Природно – антропогенной перестройки. 4. Природно – антропогенной стагнации