Мировое сельское хозяйство в течение последних 50-60 лет пребывает в состоянии перманентной технологической революции, особенно в земледелии. Начало ее связано с появлением высокоинтенсивных сортов в 60-70 гг.XX столетия (зеленая революция). На 70-80-е гг. приходится агрохимическая революция – разработка интенсивных технологий возделывания зерновых и других культур, 80-90-е гг. – трансгенная революция (создание генномодифицированных сортов растений), 90-е гг. – информатизаци-
онная революция (развитие информационно-вычислительной техники и дистанционных методов зондирования Земли, ГИС-технологии).
Георге Жигэу, Любовь Турута, Кристиан Жигэу Молдавский государственный университет Культурные растения служат первичным источником органического вещества в почве, не отличаясь в этом от естественной растительности. В условиях применяемых в нашей республике севооборотов этот источник органического вещества является самым доступным и представлен тремя группами: пожнивные, листостебельные и корневые. Пожнивные .остатки представлены стерней зерновых культур, частями стеблей, листьев и всех других подземных частей растений, которые остаются в поле после уборки урожая. Листостебельные части растений включают корневища, столоны картофеля, корневые шейки клевера, люцерны и других трав, остатки клубней, корнеплодов, луковиц. Корневые остатки растений представлены корнями выращиваемой культуры, сохранившимися к моменту уборки живыми, а также отмершими. Поступление и гумификация органического вещества происходят еще при жизни растений. В период вегетации у них отмирает часть эпидермиальных тканей, мелкие корневые волоски и часть надземных органов — первые листья, побеги многолетних трав и др. Большое количество органического вещества поступает в почву в виде
корневых выделений.
По определениям Н. В. Мешкова, корневые выделения составляют около 5-10% веса всей корневой системы, а по данным С. А. Самцевича, вес сухого ве(Начало в предыдущем номере) щества корневых выделений в посевах зерновых культур за период вегетации приближается к весу самых высоких урожаев зерна. Отмирающие части астений и корневые выделения служат главным источником питательных веществ и энергии для большей части почвенных микроорганизмов. Поэтому культурные растения являются основным фактором, стимулирующим развитие и активность почвенной микрофлоры, которая сосредоточивается в зоне корней (ризосфере) и в местах скопления растительных остатков. С повышением биологической активности почвы усиливаются процессы мобилизации элементов питания в доступных растениям формах, особенно в непосредственной близости от корней.
Растения играют большую роль в образовании агрономически ценной комковатой структуры почвы. Проникая в уплотнившуюся почву, корни растений расчленяют и дробят ее на отдельные структурные комочки, а по мере роста и утолщения сдавливают окружающую массу, способствуя сближению и сцеплению пылеватых частиц в агрегаты различных размеров. Мониторизация почвенной структуры в течение вегетационного периода под различными культурами, при различных системах обработки и почвенно-географических условиях показала, что оструктуривающий эффект имеет тренд улучшения в течение вегетации. Это позволяет сделать вывод, что растения в течение вегетационного периода моделируют почвенную массу в соответствии с их требованиями.
С оструктуриванием почв непосредственно связаны режим плотности сложения почвы и со противление расклиниванию. Принято считать, что наибольшее оструктуривающее действие растений наблюдается под многолетними травами. Вместе с тем наши исследования показали, что при низком уровне агротехники и низких урожаях трав последние без одновременного внесения органических удобрений не могут оструктурить почву. Особенно это проявляется в многолетних насаждениях . Под влиянием растений увеличивается и водопрочность структуры, что связано с непосредственным скреплением агрегатов мелкими корешками, ействием новообразованных перегнойных веществ, осаждением гидроокисей железа и алюминия в прикорневой зоне, а также наличием слизистых и клеющих продуктов жизнедеятельности ризосферных микроорганизмов. По-видимому, часть такой временной структуры, образованной корневой системой растений за период вегетации, может закрепляться в прочную структуру, в которой агрегаты сцементированы гуматами кальция. Исходя из этого считаем, что в течение вегетационного периода структурная организация почвенной массы является динамичной и определяется в первую очередь процессами моделирования почвенной массы под влиянием корневой системы растений.
Это наталкивает на мысль, что лишь часть смоделированных агрегатов приобретают прочность. Другая же часть при увлажнении почвы распадается. Проникая в почву и образуя структурные агрегаты, корни культурных растений уменьшают плотность сложения почв, увеличивают порозность и этим улучшают ее водно-физические свойства. При этом усиливаются роцессы выветривания минеральной части почвы; минеральные соединения переходят в доступные растениям формы. По действию корневых систем на почву культурные растения отличаются от растений естественных биоценозов. Их корневая система в рыхлом и удобренном пахотном слое сильнее развита и оказывает большее влияние на почву. Однако, будучи в большинстве своем однолетними с коротким периодом вегетации, культурные растения не столь продолжительно воздействуют на почву, как целинные травянистые растения лугов и степей. Кроме того, изменения, которые происходят под влиянием корней целинных растений, с течением времени усиливаются и накапливаются, так как сложение почвы, многие ходы корней и грани созданной корнями структуры сохраняются и в новом годичном цикле развития почвы.
Почва под посевами культурных растений, как правило, ежегодно обрабатывается, свойства ее, возникшие под влиянием корней растений, в зависимости от условий агротехники могут ослабляться и сходить на нет или, наоборот, усиливаться. Культура сельскохозяйственных растений изменяет биологический круговорот веществ, существующий в естественных почвах. Изменяются биомасса растительного покрова и количество химических элементов, участвующих в круговороте. Среди сельскохозяйственных растений очень большую биомассу образуют корнеплоды. К таковым в нашей республике относится сахарная свекла. При высокой агротехнике урожаи корнеплодов сахарной свеклы составляет 40-50 т/га. Известны случаи, когда они составляли до 80 т/га и более. Следовательно, по сухому веществу общая биомасса растений при таких высоких урожаях составляет до 33-35 т/га. Вместе с тем около 85% биомассы отчуждается, а астительные остатки составляют 12-15%. Из злаков очень большую биомассу создает кукуруза. Даже при урожая 4 т/га зерна вес сухого вещества кукурузы составляет 18-24 т/га. Это культура развивает мощную корневую систему, и с ее остатками в почву поступает до 5-8 т/га органического вещества, а с урожаями отчуждается 55-65% биомассы растений. Близкую по размерам к кукурузе биомассу создает подсолнечник.
У него тоже очень мощная корневая система, с которой в почву поступает до 4-5 т/га растительных остатков. При высокой агротехнике кукуруза и подсолнечник развивают основную массу корней в средней части почвенного профиля (горизонты Аm В и Вm) и частично в нижней (В2са). Наши исследования показали, что корневая система этих культур способствует оструктуриванию и разрыхлению этой части профиля в течение вегетационного периода (таб. 3). Тем самым здесь создаются благоприятные условия для протекания биологических ризосферных процессов с мобилизацией и аккумуляцией мобильных гумусовых веществ и биофильных элементов. Периодическое выращивание этих культур, а также рапса способствует развитию почвообразовательного процесса в средней и нижней частях профиля черноземов.
Биомасса, создаваемая зерновыми культурами, значительно меньше. У озимых она достигает 12-16 т/га, у яровых, которые имеют более короткий период вегетации, — 8-12 т/га. С урожаями озимых отчуждается около65%, а яровых — около 60% общей биомассы растений. Остальная масса поступает в почву в виде пожнивных и корневых остатков. Особое место занимают многолетние травы. В отличие от однолетних культур, с урожаем сена многолетних трав отчуждается растительной массы меньше, чем поступает в почву с корневыми и послеукосными остатками. Последние составляют 60-70% массы растений, а с урожаем сена отчуждается 30-40%. Из химических элементов в составе сухой биомассы сельскохозяйственных растений преобладают азот и калий. Кроме того, бобовые содержат много кальция (до 2,5%), а злаки — кремния (1,0-1,5%). Значительно меньше количество магния, фосфора и серы (около 0,2-0,4%,). Содержание в растениях алюминия, железа и марганца составляет лишь сотые доли процента на сухое вещество растений. Зерновые культуры отличаются высоким содержанием азота и фосфора в зерне, а также калия и кремния в соломе. Зеленые злаки на сено и силос содержат больше азота и зольных элементов, но меньше кремния; сено бобовых богато азотом, кальцием и калием и бедно кремнием.
Интенсивное поглощение и накопление кальция бобовыми отмечается в надземной части, которая отчуждается с урожаями, а корни бобовых накапливают кальций не так интенсивно, как принято считать. При средней зольности культурных растений около 5% и содержании азота около 1,3% они вовлекают в биологический круговорот от 300 до 1700 кг/га зольных элементов, а количество отчуждаемого азота колеблется от 60 до 340 кг/га. По суммарному выносу химических элементов из почвы с урожаем культуры располагаются в убывающий ряд: корнеплоды > кукуруза ˃ сеяные травы > злаки. Культурные растения больше отчуждают азот и калий, а зерновые еще и кремний. Максимальное количество азота и калия выносят корнеплоды и кукуруза; минимальное количество азота — многолетние травы, а калия — зерновые. Таким образом, с урожаями культурных растений почва теряет большое количество элементов зольного питания. Что касается азота, то потери его почвой, по-видимому, значительно меньше того количества, которое отчуждается с урожаями. Многочисленные полевые опыты показывают, что значительная часть потерь азота с урожаями
всех культур, а не только бобовых, компенсируется за счет фиксации азота атмосферы.
В посевах с участием бобовых фиксация атмосферного азота может компенсировать потери его с урожаем. С растительными остатками различных культур в почву поступает от 2 до 12 т/га органической массы, от 125 до 600 кг/га зольных элементов и от 300 до 1700 кг/га азота. Наибольшее количество азота и зольных элементов поступает в почву с остатками многолетних трав, наименьшее — с остатками зерновых культур. Сравнительный анализ руговорота веществ в степных экосистемах и агроэкосистемах показывает, что они существенно отличаются. В естественных экосистемах степей ежегодный прирост и опад оставляют около половины общей биомассы растений (до 110-145 ц/га). При этом в биологический круговорот вовлекается около 530-735 кг/га химических элементов. Почти весь прирост, а с ним и основная масса химических элементов (порядка 480-720 кг/га) возвращаются в почву. В многолетних органах травянистых степных растений удерживается лишь очень ебольшая часть годового прироста — 10-13 т/га и около 50-65 кг/га химических элементов. В агроценозах черноземной зоны при хороших урожаях ежегодно образуется 125-160 ц/га растительной массы. Из этого количества 80-100 ц/га органического вещества, содержащего до 500-630 кг/га химических элементов, отчуждается с урожаями, 40-60 ц/га астительной массы, содержащей 225-300 кг/га зольных элементов, и 60-80 кг/ га азота возвращается в почву с растительными остатками.
Следовательно, различие особенностей биологического круговорота в естественных ценозах черноземной степи и в агроценозах состоит в том, что в последних из почвы отчуждаются довольно большие количества органического вещества и химических элементов. В связи с этим даже самые лучшие севообороты не могут польностью обеспечить биологизации степных агроценозов, следовательно, необходимы дополнительные меры по интенсификации биологических процессов в почвах.