Принципы управления физическими факторами плодородия в условиях адаптивно-ландшафтных систем земледелия

     Движущей силой экосистемы является взаимодействиепочва – растения. Именно растения, моделируя материнскийсубстрат в соответствии со своими потребностями,производят ту первичную продукцию, которая служитначалом трофических цепей, непосредственнымисточником для почвообразования (Жигэу, 2015).

     Растения усваивают часть солнечной энергии, котораязатем определяет всю жизнь экосистемы и биосферы вцелом. Остальные организмы лишь трансформируют за-пасённую растением солнечную энергию (Суюндуков исоавторы, 2007). Благодаря этому, почва становится, вовремени, совершенно уникальной средой обитания са-мых разнообразных видов и форм животных, растений имикроорганизмов, обеспечивающих связывающее звеномежду геологическими и биологическими круговорота-ми веществ в наземных биогеоценозах и, конечно, био-логическая продуктивность почв, называемая в сельскомхозяйстве плодородием. По данным Г.В. Добровольского(2013) число видов, живущих в почве и на почве, состав-ляет 93% от всего числа известных видов животных и 92%видов растений. Общая биомасса наземных организмовсоставляет 99,87% от суммарной биомассы планеты.Только в одном грамме плодородной почвы насчитыва-ется не один десяток миллиардов клеток микроорганиз-мов, а общая сухая их масса может достигать 60-65 тоннна гектар.

     Доля органического углерода в этой биомассеможет составлять 50-70% всего углерода в почве (Суюн-дуков, 2001). Такая насыщенность почвы жизнью объяс-няется гетерогенной структурной организацией почвыкак природного тела, которое одновременно состоит изтвёрдой, жидкой и газовой фазы веществ, Она представ-ляет собой полидисперсную рыхлую массу, состоящую изминеральных, органических и органоминеральных ком-понентов (Жигэу, 2015). Всё это создаёт исключительноеразнообразие экологических условий для жизни обитаю-щих в почве организмов. В связи с этим, каждому типу ивиду почв свойственны вполне определённые и толькодля них характерные виды и сообщества растений, жи-вотных и микроорганизмов. Более того, динамика отно-шений между массами и объёмами фаз почвы в течениевегетационного периода, вызванные климатическимиусловиями и фазами развития растений, обуславливаетдинамику процессов, протекающих в почву и смену ассо-циаций растений и микроорганизмов.В соответствии с этим, основополагающей концепцииуправления плодородием почвы является идея о биоген-ной организации почв, проявляющейся в направленномвоздействии живых организмов на костные (твёрдые,жидкие и газообразные) компоненты окружающей средыс целью их упорядочения и оптимизации, исходно небла-гоприятных для роста, развития и воспроизводства орга-низмов условий обитания.Аккумулированное при таком воздействии в почвах ве-щества, энергия и информация, в свою очередь, опреде-ляют развитие живых организмов. Они реализуют обрат-ную связь в биокосных системах – главную отличитель-ную черту самоорганизующихся систем. Эта обратнаясвязь проявляется в виде экологических функций почвы,включая основную из них – почвенное плодородие. Че-рез призму этой концепции современное пониманиеплодородия связано с пониманием процессов кругообо-рота питательных веществ в почве, симбиотического вза-имоотношения высших растений и микроорганизмов по-чвы, их взаимоотношения друг с другом. Одновременно сэтим происходит вовлечение в кругооборот из нераство-римых минеральных компонентов почвы, содержащихсяв них фосфора, калия и других химических элементов,необходимых для питания растений.В этом смысле плодородие почвы есть следствие круго-оборота биофильных элементов. Чем интенсивнее про-текает кругооборот биофильных элементов, тем вышеплодородие почвы.Согласно этим представлениям деградацию почвы сле-дует рассматривать не только утилитарно — как результатдействия суммы факторов, ведущих к снижению содер- жания гумуса и ухудшению физико-химических, химиче-ских и физических показателей. А функционально — какследствие процессов, обуславливающих деградациюбиокостной системы почвы (взаимодействий костного иживого вещества) и сведению к минимуму (а то и к исчез-новению) необходимых для гармоничного развития рас-тений почвенных микроорганизмов.В соответствии с концепцией биокостной системы почвы,земледельческие технологии должны обеспечивать мак-симально эффективное взаимодействие костного и жи-вого компонентов агробиоценозов на основе большогопоступления в почву органического вещества, обеспече-ния целенаправленных процессов трансформации и раз-ложения, меньшего механического воздействия на неё засчёт увеличения объёма пахотного слоя и ренатурациисистемы удобрения.Основополагающими принципами управления биопро-дуктной функцией почв являются:– процессы, проходящие в ризосфере, они являются клю-чом к доступности питательных веществ и выносу их рас-тениями;– биологическая активность почвы приводит к кругообо-роту питательных веществ;– биологическая активность почвы является ключом к ре-ализации и расширенному воспроизводству биопродук-тивной функции почвы;– обеспечение наиболее оптимальной биологической ак-тивности почвы предполагает оптимизацию физическихсвойств и режимов. Экосистемная роль агрофизическихсвойств почвы связана с обеспечением условий жизнеде-ятельности различных групп микроорганизмов, участву-ющих в процессах массо- и энергопереноса, трансформа-ции органического вещества почвы.Учитывая то, что оптимизация физических свойств и ре-жимов не может быть обеспечена агротехническимиприемами (Жигэу, 2015) акцент следует ставить на средо-образующую роль высших растений и ассоциированныхс ними микроорганизмов.Сущность этого приёма заключается в восстановленииместа и роли биологического фактора в современномпроцессе природно-антропогенной эволюции чернозё-мов (Жигэу, 2012. Жигэу, 2014а, 2014б, 2015а, 2015б,2015в). В нем роль биологического фактора существенносократилась и наоборот — существенно увеличилась рольклиматического и геоморфологического факторов.Вклад культурных растений в управлении физическимисвойствами многозначен. Прежде всего, их вклад опре-деляется технологией выращивания растений. Так, привозделывании пропашных культур многократная обра-ботка способствует распылению структуры верхних сло-ёв почвы, созданию аэробных условий, способствующихразложению гумусовых веществ. Вследствие этого сокра-щается водопрочность агрегатов. Тем самым, они стано-вятся уязвимыми к разрушающему действию воды. Этообуславливает ускоренное разрушение структуры с по-следующим уплотнением почвы и деградацией поровогопространства почвы.Из-за низкого проективного покрытия почва под посе-вами пропашных культур, она слабо защищена от раз-рушающего действия атмосферных осадков. При выпа-дении осадков происходит «механическое разрушениеагрегатов». Одновременно агрегаты верхнего горизонта,при увлажнении размокают. Это обуславливает увеличе-ние предрасположенности верхней части пахотного го-ризонта к коркообразованию и к развитию эрозионныхпроцессов, поэтому пропашные культуры следует отно-сить к разряду почворазрушающих.Многолетние травы (и, отчасти, однолетние бобовые,обогащающие почву азотом) ввиду хорошо развитойкорневой системы, а так же благодаря её более про-должительной деятельности, способствующей образо-ванию гумуса, обладают мощным фитомелиоративнымэффектом. Кроме того, высокое почвенное покрытиемноголетних трав защищает структуру верхнего гори-зонта от разрушающего действия дождевых капель. В тоже время мощная корневая система с сильно развитойсетью мелких корешков удерживают частицы (агрегаты)почвы от вымывания и выдувания. В связи с этим их от-носят к почвовосстанавливающим культурам. Предрас-положенность почвы к коркообразованию в этих усло-виях меньше.Однолетние зерновые культуры занимают промежуточ-ное положение, причем у озимых, которые длительноевремя сохраняют почву в стабильном состоянии, спо-собны заглушать сорняки. Тем самым они способствуютсокращению числа обработок. В связи с этим, структурапочвы под однолетние зерновые меньше распыляется.Кроме того, они оставляют много пожнивных и корне-вых остатков, разложение которых обеспечивает обра-зование гумусовых веществ и воспроизводство структу-ры почвы. Многочисленными исследованиями установлено, чтопочвовосстанавливающий эффект культур определяет-ся сроком и интенсивностью их жизни. Деятельный пе-регной и прочная структура максимально образуются впериод жизни и роста растений, т.е. в тот период, когдаосновная масса корней не подвергается разложению.Поэтому совершенно очевидно, что в агроэкосистемахэто зависит как от биологических особенностей возде-лываемой культуры, так и от технологии выращиванияи использования той или иной части урожая в качествехозяйственно-ценной.Особое место занимают однолетние травы, у которыхкорневая система остаётся живой и деятельной послескашивания надземной массы (вика, суданская траваи др). Под ними происходит значительное повышениеводопрочности агрегатов и повышение органическоговещества.Состояние структуры и других физических свойств почвытесно связано с влиянием культурных растений-предше-ственников в севообороте на водно-физические свой-ства почвы и на запасы продуктивной влаги в почве.Наряду с непосредственным влиянием (потреблениерастениями) почвенная влаг оказывает опосредованносамое различное влияние на основные свойства почвы,а также воздушный, тепловой, пищевой режимы и био-логические процессы, протекающие в системе «почва– растение – атмосфера». Это связано также и с тем, чтопотребность растений в воде неодинакова, о чём можносудить по транспирационному коэффициенту, которыйдля растений кукурузы и проса составляет 200-300, дляпшеницы и ячменя – 400 и более, для люцерны – 700-800.Обеспечение посевов тех или иных культур водой, рас-ход воды на формирование урожая определяется ко-эффициентом водопотребления, который слагается израсхода воды непосредственно растениями (транспира-ция) и испарения её с поверхности почвы, и зависит отхарактера растительного покрова, создаваемого на полекультурой. На почве, занятой растительностью, большаячасть величины общего расхода воды приходится натранспирацию, так как величина испарения воды из по-чвы зависит от степени затенения её растениями и про-должительности периода, когда вся поверхность неза-щищена зеленой массой растений.Многолетние травы, озимые зерновые культуры, зиму-ющие растения, рано образующие весной сплошной зе-лёный покров, почти всю расходуемую воду используютна транспирацию. Медленно растущие яровые позд-ние растения с большой площадью питания (кукуруза,подсолнух, картофель и др.) в первый период роста нетребуют большого количества воды. В то же время зна-чительная часть её испаряется с открытой поверхностипочвы. Первая группа растений предъявляет повышен-ные требования к влаге весной и в первую половинулета, а вторая – в июле-августе, а отдельные культуры(свекла) и в сентябре. Для создания в почве необходимых запасов продуктив-ной влаги большое значение имеет продолжительностьпериода и уборки предшественника до посева последу-ющей культуры. Чем он продолжительнее, тем большенакапливается в почве влаги за счёт летних атмосферныхосадков или сохранения талых вод. Влага атмосферныхосадков используется в севообороте лучше, если культу-ры с глубоко проникающей корневой системой череду-ются с культурами мелко корневыми.Известно, что корневая система растений выступает вроли мощного агента структурообразования, прони-зывая почву во всех направлениях густой сетью мелкихкорешков. Например, общая длина корней всего лишьодного распустившегося растения озимой пшеницы до-стигает 600 км, а длина корневых волосков – тысячи км(Максимов, 1958). Длина корней одиночного растенияржи составляет 600 км, при этом на них образуется 15млрд. корневых волосков. Рост корней происходит оченьбыстро. Считается, что одно растение риса в благоприят-ных условиях может образовывать до 5 км новых корнейв сутки.Многочисленные исследования, проведённые на разныхтипах, подтипах и видах почв, показали, что среди боль-шого количества факторов образования агрономическиценных агрегатов диаметром больше 1 мм ведущая рольпринадлежит растениям, точнее их корням. По подсчё-там, доля растений в формировании наиболее ценныхструктурных агрегатов почвы составляет около 70%, а надолю остальных факторов приходится чуть больше 30%(Воробьёв, 1982).С глубиной проникновения и массой корней растенийсвязано и их влияние на подпахотные слои почвы. Рядкультур (рапс, люцерна, эспарцет, донник и др.) своейглубоко проникающей корневой системой способствуютразрыхлению подпахотного горизонта и ниже залегаю-щих горизонтов. Тем самым растения обогащают ниже-лежащие слои органическим веществом и способствуютразвитию почвообразовательного процесса в нижнейчасти активного профиля почвы.По данным В.Г. Ротмистрова, А.П. Модестова, И.В. Красов-ской, общая поверхность корней обычно превышает в140-150 раз поверхность надземных органов. Корневыесистемы культурных травянистых растений, как напри-мер, у хлебных злаков – ржи, пшеницы, овса – проникаютна глубину 100-150 см, у кукурузы – до 150 см, молодойлюцерны в первый год жизни – на 2-3 м, у более старыхрастений люцерны может достигать 10 м. В условиях на-ших чернозёмов 50-60% корней сосредоточено в верх-нем слое 15-20 см, а 40-50% уходит в более глубокие слои.Диаметр площади, занятой корневой системой одногорастения, достигает у хлебных злаков 40-60 см, у кукуру-зы — 2-2,5 м, у тыквы – 6-8 м. Корни могут проникать в почву по трещинам, следомсгнивших корней и корневищ растений, по ходам живот-ных. Они заселяют также те глубокие слои профиля, гдепочва мало иссушается, а промерзание сравнительнослабое или мало проявляется. Тем самым корни являютсяпрактически единственным фактором, способствующимфрагментации почвенной массы и её расчленению наструктурные агрегаты. В этом смысле немаловажную рольиграют мелкие корни и корневые волоски, которые могутпоселяться и в нерасчленённой части почвы и подпочвы.Даже плотная почва во влажном состоянии не оказываетзначительного сопротивления прохождению корневоговолоска, нередко имеющего несколько микрон в диаме-тре. Расчленяющая деятельность мелких корешков рас-пространяется на несколько миллиметров и даже долимиллиметров. В соответствии с этим и размеры структур-ных комков, образующихся в результате деятельностикорней растений, могут быть незначительными.С биологическим фактором связано и образование во-допрочных агрегатов. В этом смысле В.Р. Вильямс считал,что основная схема образования водопрочных агрегатовсводится к тому, что в ходе разложения корневых остат-ков образуется активный (деятельный) гумус, которыйпропитывает почвенные комочки и склеивает их, а в по-следующем, в сухой и жаркий период года (июль-август)это органическое вещество проходит фазу конденсацииза счёт потери адсорбированной влаги. Вследствие это-го перегной превращается в цемент и претерпевает не-обратимые изменения.Исследования в северной и центральной зонах ре-спублики показали, что структуры, образованные подмноголетними бобовыми (люцерна), не разрушаютсядовольно продолжительное время. В этом смысле, ис-следования в SRL «Agrosfera-bm» и «Mavil-agro» показа-ли, что даже на пятый год после распашки многолетнихбобовых содержание агрономически ценных агрега-тов и водопрочных агрегатов >0,25 мм в 2,0-2,5 разабольше по сравнению с полями зернопропашного се-вооборота (Жигэу и соавторы, 2013). Это обеспечиваетповышение водопроницаемости и водоудерживающейспособности почвы, оптимизации сложения и стабиль-ности последней в течение вегетационного периода иуменьшение предрасположенности и уязвимости по-лей к засухе. Отмеченные эффекты обусловлены тем,что многолетние бобовые непосредственно воздей-ствуют на почву своей мощной корневой системой иоказывает механическое воздействие на образованиепочвенной структуры.В то же время, они оставляют после себя органическихостатков в 3-4 раза больше, чем зерновые культуры. Темсамым они являются источником образования свеже-го гумуса, способствующего повышению содержанияфракции гумусовых веществ, которые принимают ак-тивное участие в образовании и упрочнении почвеннойструктуры.Исследования указывают на уменьшение содержанияводопрочных структурных агрегатов в полях зернопро- пашных севооборотов. Хотя при сухом просеивании со-держание агрономически ценных агрегатов составляетболее 60-80%. При фракционировании в воде количествоагрегатов >0,25 мм уменьшается в 1,5-2,0 раза, а агрега-тов >1мм снимается более чем в 3 раза. Это связано суменьшением количества свежих органических остатков,а главное – с уменьшением количества биогенного азо-та, способного участвовать в процессах гумусообразо-вания. Это позволяет сделать вывод, что при возделыва-нии однолетних культур в почве содержатся в большомколичестве ложно-структурные агрегаты, которые обра-зовались при механическом сдавливании почвы. Эти не-прочные агрегаты легко разрушаются при механическомвоздействии.Большинство пропашных культур, за исключением са-харной свеклы, высеваются в более поздние сроки, адо их посева проводят 2-3 поверхностных обработки.В период их роста проводится несколько обработокмеждурядий. Такое большое количество механическихобработок приводит к ухудшению физических свойствпочвы, в частности к распылению структуры верхнихслоев почвы, созданию аэробных условий, способствую-щих разложению гумусовых веществ. Это обуславливаетснижение водопрочности структуры, ухудшение поро-вого пространства, увеличение предрасположенности ккоркообразованию. Тем самым создаются предпосылкик ухудшению гидротермического и водно-воздушногорежимов.Но одновременно с деградацией почвы, протекает и об-ратный процесс восстановления структуры. Вот толькоего темпы значительно отстают от темпов разрушенияструктуры, так как обогащение органическим веще-ством и улучшение структурно-агрегатного состоянияпод пропашными культурами происходит только в поч-ве, которая непосредственно прилегает к корням расте-ний. Это далеко недостаточно для компенсации потерь,связанных с технологией возделывания. В связи с этимв таких почвах устанавливается тенденция прогрессив-ного кумулятивного накопления эффектов физическойдеградации почвы.С учётом этого, большинство авторов схематично рас-положили основные полевые культуры в порядке убы-вающей способности к сохранению и улучшению физи-ческих свойств почвы в следующий ряд: многолетниебобово-злаковые травосмеси, многолетние бобовыетравы, однолетние бобово-злаковые смеси, озимыезерновые культуры, яровые зерновые бобовые куль-туры, картофель, корнеплоды. Одновременно этот рядотражает и закономерность, установленную по коли-честву органического вещества, оставляемого в почвепосле уборки.Именно этот ряд должен служить главным ключом приподборе культур при разработке адаптивно-ландшафт-ных систем земледелия ориентированных на расширен-ное воспроизводство плодородия почв в условиях агро-ландшафтов и обеспечении устойчивости последних.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *