К оценке риска и форм почвоутомления в условиях альтернативных систем земледелия

      Вопреки определенным экономическим преимуществам, обусловленным высокоинтенсивными сельскохозяйственными технологиями, уже с начала 90-х годов прошлого столетия интерес к ним заметно снизился. Основной причинной этого было резкое увеличение затрат на производство урожая и резкое ухудшение состояния окружающей среды.

      По нашим данным (Г. Жигэу с соавторами, 2004) в отдель­ных районах республики в 80 гг. прошлого столетия вно­сились до 14 кг/га различных средств защиты растений. Последние, независимо от способности накапливаться в почве, все равно имели неблагоприятное влияние на по­чвенную биоту. В почвах резко уменьшилось количество дождевых червей и других беспозвоночных, существен­ные изменения претерпел состав почвенной биоты. В нем сократилось количество организмов, производя­щих органическое вещество, и увеличилось количество паразитов, употребляющих готовое органические веще­ства.

      Отмеченные изменения, по мнению В.А.Ковды (1973), яв­ляются начальным этапом превращения почвы в инерт­ный субстрат, теряющий способность к саморегулиро­ванию и воспроизводству. Этот же автор считает, что отмеченные модификации сопровождаются изменени­ем направленности и интенсивности элементарных по­чвообразовательных процессов, что непосредственно, сказывается на плодородии почвы. По нашему мнению — это является одним из элементов опустынивания тер­риторий, ранее неподверженных этому явлению (Жигэу, 2008). В этом контексте отметим, что на данный момент этот эффект в различных формах проявляется повсеместно в республике Молдовы. Наиболее широкое распростра­нение имеет его форма, состоящая в истощение почвы из-за изменения в динамики процессов, определяющих биогеохимический круговорот веществ, а также с изме­нениями в количестве вовлеченных в круговорот ве­ществ. К сожалению, в литературе эта форма опустынивания сводится лишь к уменьшению запасов питательных ве­ществ в почвах из-за их выноса с урожаями.

      Исходя из этого, основным методом снижения этого эффекта счи­тается внесение удобрений. При этом акцент ставится на минеральные удобрения. Вместе с тем известно, что внесение минеральных удобрений обеспечивает вре­менный эффект. Наряду с этим они обусловливают дис­пергирование почвенной массы, снижение буферной способности и водоустойчивости почв. Вследствие это­го ухудшается саморегулирование и воспроизводство почвенной экосистемы. Другой важный элемент опустынивания связан с функ­циональным утомлением почв, которое располагает развития в почвах свойств, снижающих интенсивность функционирования почвенной экосистемы.

      Это явле­ние связано с процессами, неблагоприятно влияющими на поровое пространство почвы. К таковым относятся процессы аэрогенной реструктуризацией и уплотнения аэрогенного слоя почвы. Известно, что интенсивное сельскохозяйственное использование почв приводит к образованию в пахотном и подпахотном горизонтах специфического агрогенного слоя состоящего. В литера­туре образование пахотного горизонта сводится лишь к ежегодному перемешиванию почвенной массы, сопро­вождающемуся ее механическим изменением.

      Послед­нее предполагает два прямо противоположных процес­са: а) укрупнение структуры; б) измельчение структуры. Первый материализуется в значительном увеличение содержания агрегатов > 10 мм, а второй — в увеличении и содержания агрегатов < 0,25 мм. Вследствие этого су­щественно уменьшается содержание агрономически ценных агрегатов 10 – 0,25 мм. В составе последних зна­чительная часть приходится на долю агрегатов < 1 мм (1-0,5 и 0,5 – 0,25 мм). Количество наиболее ценных агре­гатов (5 – 1 мм) заметно уменьшается по сравнению с це­линными черноземами. Исходя из основных принципов теории структурообра­зования, считаем, что агрегатное состоянии пахотного горизонта определяется не столько механически про­цессами, сколько перестройкой основных связей, обу­словливающие агрегирование почвенной массы.Эти процессы связаны, непосредственно, с силами, про­являющимися в почвенном теле вследствие деформа­ций (объемных изменений), вызванных увлажнением/иссушением почвенной массы, соответственно — ее на­буханием и сжатием. Механизмы этого процесса можно представить ниже приведенной схемой. (Рис.1).

      В соответствии с представленной схемой, многократ­ные, последовательные деформации приводят к посте­пенному дезагрегированию и разрыхлению почвенных агрегатов, следовательно, к сближению твердофазных составных и образованию вязкопластичной массы. По­следующие циклы деформации обусловили постепен­ное увеличение удельной поверхности (с развитием конденсационно-кристализационных структурных свя­зей) и образование специфической корки на поверх­ность, аналогичной той, которая характерна для пустын­ных почв. С ней связано много проблем — как до начала вегетации, так и в вегетационный период года. В соответствии со структурно-энергетической кон­цепций, предложенной А.В.Ворониным (1990), вы­шеприведенный процесс предполагает несколько стадий.На первой стадии деформация приводит к увеличе­нию объема, но в системе все еще преобладают силы притяжения, и поэтому после снятия напряжения конденсационные структуры в микроагрегатах бу­дут стремиться к полному восстановлению.

      Вторая стадия разрыхления характеризуется зна­чительно большим разрушением внутриагрегатных связей, усиленной гидратации почвенных частиц, что создает более равномерное распределение их в дисперсионной среде. В энергетическом отношении вторая стадия разрыхления характеризуется балан­сом сил притяжения и отталкивания, чем обеспечи­вается состояние тиксостабильности. Третья стадия конденсационные связи микроагре­гатов теряют способность к восстановлению: силы отталкивания преобладают над силами притяжения. Основная масса микроагрегатов распадается. Одна­ко полного перехода всех макроагрегатов в микро­агрегаты, а последних — в элементарные частицы практически в почвах не происходит. Всегда нахо­дятся те или иные причины (количество и качество органики, реакция среды, наличие труднораствори­мых компонентов, сильно плотные структурные об­разования и др.), которые оказывают существенное влияние на характер структурных связей.

      Последу­ющая дегидратация почвенной массы приводит к образованию структурных агрегатов соответствую­щим новым энергетическим условиям. В этом кон­тексте отмечаем, что под воздействием агрогенных процессов макроагрегирование почв претерпевает несущественные изменения. Механические воздей­ствия на почву практически не влияют. Наши мно­гочисленные исследования показали, что даже за более чем пятьдесят лет использования почв микро­агрегирование не претерпело практически никаких изменений.Применение обычных доз минеральных удобрений приводит к частичному увеличению степени пеп­тизации почвенного ила, вследствие чего содер­жание воднопептизированного ила в черноземах типичных средне- и малогумусных увеличивается с 1,7 – 2,2% до 3,4 – 4,0%. Вместе с тем, количество микроагрегатов > 0,01 мм остается практически не­измененный. Аналогичный эффект отмечается в черноземах типичных и карбонатных при орошении качественной водой из Прута и Днестра.Это позволяет считать, что на микроагрегатном уровне организации почвенной экосистемы устано­вилось состояние равновесия между слабыми коа­гуляционными и прочными конденсационного-кри­стализационными структурами.

      По нашему мнению, это вызвано оптимальным соот­ношением между минеральными и органическими компонентами в составе фракций элементарных почвенных частиц, между грубой ( > 0,001 мм) и тонкой (< 0,001 мм) фракциями минеральных образований и между тон­кими частицами иллитового и смектит-монтморил­лонитового состава. Отмеченные процессы приводят к развитию в верх­ней части пахотного горизонта плотно-слитой кор­ки, которая крайне неблагоприятно сказывается на биопродуктивную и другие функции (гидрофизиче­ские, гидротермические, водновоздушные, воздуш­ные, тепловые, биологические и др.) почв. Развитие подпахотного горизонта связано в боль­шей степени с консолидацией почвенной массы под воздействием механических сил. Это приводит к растрескиванию почвенной массы по вертикали и горизонтали с образованием мегаагрегатов (> 10 мм). Консолидация происходит за счет сокращения объема и размеров пор. Вследствие этого наруша­ется последовательность порового пространства и значительно сокращается объем транзитных (транс­миссионных) пор.

      Это крайне неблагоприятно ска­зывается на водо — и воздухопроницаемость, влаго – и воздухопроводность, на водо – и воздухообмен между почвой и другими элементами агроэкосисте­мы. Все это существенно сказывается на процессах, про­текающих в почвах. Исследованиями установлено, что уплотнение тормозит накопление нитратов в почве. Хотя в литературе и отмечается, что с увели­чением степени уплотнения снижается активность фосформобилизующих бактерий, нашими исследо­ваниями установлено, что содержание фосфорной кислоты слабо зависит от сложения почвы. С увели­чением глубины уплотнения и влажности исследу­емого слоя почвы условия газообмена ухудшаются, температура и аэрация снижаются, что ослабляет интенсивность биологических процессов. Это связа­но с затуханием окислительных процессов в почве и накоплением восстановленных промежуточных продуктов, требующих для окисления более дли­тельного времени. В то же время, в почвах увеличи­вается доля высокотоксичных веществ и вредных паразитов, интенсифицирующих почвоутомление. Нашими исследованиями установлено, что развитие пахотного и подпахотного горизонта лишь частич­но взаимосвязаны (этот отрезок профиля пахотных черноземов отличается от такового в целинных).

      Вместе с тем, отмечается тесная взаимосвязь между процессами динамики плотности почвы и динами­кой агрегатного состояния. Именно эти два процес­са определяют соотношение между фазами почвы, соответственно они же определяют почвообра­зовательные режимы (водный, воздушный, тепло­вой, гидротермический, водновоздушный, окисли­тельно-восстановительный, биологический и др.) и функционирование почвенной экосистемы (интен­сивность и направленность элементарных типогене­тических процессов). При этом наши исследования показали, что поло­жительные качества хорошей структурной орга­низации проявляются только в благоприятные по климатическим условиям годы. В засушливые годы первостепенное значение приобретает плотность сложения, которая определяет тепловые, водные, воздушные и биологические параметры почвы. Исходя из этого мы считаем, что сельскохозяй­ственные практики должны быть ориентированы на создание оптимальных параметров плотности обе­спечивающих оптимальные условия для агрегатной интеграции почвы.

      Исследованиями установлено, что это может быть достигнуто в условиях консерва­тивных систем земледелия. Техногенное почвоутомление — явление снижения биопродуктивной и воспроизводящей функции по­чвы вследствие техногенного загрязнения. В число загрязнителей почв входят тяжелые металлы, пести­циды и другие средства зашиты растений, ряд производных угле­рода, серы, азота, фтора, жидкие углеводы, синте­тические органические вещества, радионуклиды и другие вредные вещества. Согласно действующим в Молдове нормативным актам, химические веществ, попадающие в почву из выбросов, сбросов, отходов и др. источников, под­разделяются на три класса по степени опасности (Табл. 1). * ЛД50- летальная доза химического вещества вызывающая при введении в организм гибель 50% животных, мг/кг живой массы. * * Персистентность в почве – продолжительность сохранения биологической активности загрязняющего почву химического вещества характеризующая степень ею устойчивости к процессу разложения.

      Техногенные источники загрязнения почв тяжелыми металлами могут быть расположены в следующий ряд по масштабам загрязнения и по удельному вкладу: аэрозольные выбросы предприятий черной и цветной металлургии; автотранспортом; жидкие и твердые бытовые и коммунальные отходы; включая осадки сточных вод; пестициды; органические удобрения; минеральные удобрения (Табл. 3) Характер профильного распределения тяжелых металлов в сельскохозяйственных почвах носит регрессивно-аккумулятивный характер, проявляющийся в повышенном накоплении металлов в гумусовом горизонте и резком понижении их содержания в нижележащих. Наряду с гранулометрическим составом, абсорбционной способностью, содержанием гумуса, минералогическим составом тонкодисперсной фракции и др. поведение загрязнителей в почву определяется и процессами, которые протекают в почвах — тип почвообразования (Табл.4).  Нашими исследованиями установлено что техногенные почвоутомление определяется сельскохозяйственным угодьем (Жигэу, 2013, Жигэу и др. 2004).

      С наибольшей интенсивностью она проявляется в садах. Наши обобщения показали, что в старых плантациях в большинстве случаев содержание Cu составляет до 1,2 ПДК (примерно в 90% случаев). Содержание меди > 1,2 ПДК установлено менее чем в 10% площадей. Содер­жание других химических элементов не превышает ПДК, однако концентрация ряда металлов (Pb, Cd, Ni, Zn) на­ходятся в зоне риска. Остаточные количества пестицидов и радионуклиды не превышают предельно допустимую концентрацию. Почвы виноградников характеризуются также преиму­щественным накоплением меди. Вместе с тем здесь от­личается тенденция накопления As, Ni, Cd. Содержание радионуклидов и остаточных количеств пестицидов не превышает предельно допустимую концентрацию. Пахотные почвы менее всего подвержены процессам хи­мического загрязнения. Вместе с тем, практически все сельскохозяйственные по­чвы подвержены процессом уплотнения и деградации структуры которые сопровождаются снижением биоло­гической активности и уменьшением трансформацион­ной способности почвы.

      Это приводит к существенному снижению биопродуктивной функции и воспроизводя­щей способности черноземов. Особенно это чувствует­ся в условиях недостаточных запасов гумуса и дефицита свежего органического вещества. Эта наталкивает на вывод, что на современном этапе развития почв и сельского хозяйства необходимо в сроч­ном и обязательном порядке внедрять сельскохозяй­ственные биотехнологии, способные обогащать почву органическими веществами, за счет экологизации и био­логизации агроэкосистем, оптимизировать физические, агрохимические и биологические свойства почвы, а так­же повышать их трансформационную способность в от­ношении антропогенных нагрузок (Жигэу, 2013). Другая форма почвоутомления связана с накоплением в почву фитотоксических веществ. Источниками посту­пления в почву фитотоксических веществ помимо фито­токсинов микроорганизмов и продуктов разложения по­слеуборочных остатков сельскохозяйственных культур являются также прижизненные выделения надземных органов растений и корневые выделения.

      Особенно это чувствуется в условиях коротких ротаций культур, не­соблюдения севооборотов и, тем более, бессменном возделывании культур. При этом отмечаем, что даже с продуктами метаболизма культур и фитомелиораторов (люцерна, клевер, фацелия, горчица, лен и др.) в почву выделяются фитотоксины, с которыми связано сильное утомление этих культур при бессменном возделывании.

      В связи с этим в условиях консервирующего земледе­лия севооборот и гетерогенность культур приобре­тают первостепенное значение.