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.