Плодородие почвы
Корневая система и почвозащитные технологии
Общеизвестно, что высокопродуктивные сорта выносят из почвы большое количество питательных веществ. Поэтому такие сорта требуют особого подхода к формированию системы удобрения. Реагируя на тренды по развитию агротехнологий, рынок предлагает очень много новых и оригинальных технических решений тех или иных аспектов. Поэтому важно отобрать из них те, которые на самом деле решают проблемные места наиболее эффективно. В условиях жесткой конкуренции выживают и преуспевают те, кто ведет свой бизнес интенсивным способом, внедряя в производство новейшие средства, технологии.
Развитие современного земледелия способствует максимальному использованию как природных факторов продуктивности растений (плодородия почвы), так и агротехнических (системы севооборотов, обработки, удобрения, борьбы с сорняками, вредителями и болезнями сельскохозяйственных культур). Он также предусматривает оптимизацию расходов минеральных удобрений, в том числе вследствие увеличения норм внесения высококачественных органических удобрений, уменьшение расходования пестицидов путем использования более эффективных препаратов, экономных способов их применения, уменьшения вы ¬ трат других ресурсов за счет использования механических операций и т.д..
Корневая система сельскохозяйственных культур — основной источник физиологически активных веществ, которые играют первостепенное значение в донорно-акцепторной взаимодействия между растениями и микробных ценозов в почве.
До недавнего времени представления о алелопатично значение корневых систем формировалось в отрыве от эколого-эволюционных почвообразующих особенностей культур в севообороте. Корневые выделения — одна из важнейших форм активного перегноя и основной источник передгумусних веществ для всего гумусного горизонта. В его составе содержится АТФ растений и микроорганизмов, до 30% и больше азота в органической форме от общего количества его в растениях; 25-27% углерода, который синтезируется растением, расходуется на процессы азотфиксации в почве. Поглощенные зольные элементы во второй половине вегетации растений возвращаются в почву: 38-40% К; 20-22% Са, 10% Mg.
Тесты проб показали, что за почвозащитных технологий процесс выделения корневого экссудата происходит более интенсивно: нарастание корней индикаторных растений крессалату за почвозащитных технологий в июле была ниже на 3%, в августе — на 4%; сентябре — на 8%, а в среднем за период август-сентябрь — на 5% ниже по сравнению с вариантом пахоты, что косвенно свидетельствует о более интенсивную корневую экссудацию. Изучение биологической активности почвы в указанный период свидетельствует, что систематическое выполнение почвозащитных технологий с внесением достаточного количества органических и минеральных удобрений не снижает интенсивность жизнедеятельности целюлозоруйнивних микроорганизмов — интенсивность разложения целлюлозы была выше в 1,25-1,32 раза по сравнению со вспашкой. Корневые выделения при таких условиях становятся стабильным источником питания растений и почвенных микроорганизмов при соблюдении научно обоснованного чередования культур в севообороте.
Влияние пестицидов на микрофлору почвы
Основным фактором, определяющим плодородие почвы, фитосанитарное состояние и способность к самоочищению, являются микроорганизмы. Систематическое применение пестицидов в земледелии приводит их постоянное наличие в грунте. При этом необходимо, чтобы они не вызывали негативного воздействия на плодородие.
Нагрузку пестицидов на единицу земельной площади зависит от сельскохозяйственной культуры, почвенно-климатических условий и составляет от нескольких сотен до нескольких тысяч мг на 1 м2. По поверхности почвы они распределяются неравномерно, наибольший их содержание в верхнем 5-10 сантиметровом слое.
Опубликованные материалы по вопросам влияния пестицидов на микрофлору почвы противоречивы, что объясняется многими причинами: почвенно-климатическими условиями выполнения исследования, видам сельскохозяйственных культур, агротехническими мероприятиями обработки, сроками и способами отбора проб для микробиологического анализа, различными способами подготовки почвы и методами выполнения лабораторных опытов и тому подобное.
Исследованиями установлено, что после обработки пестицидами происходит стремительное уменьшение количества чувствительных к ним микроорганизмов, а затем — медленное их восстановление. Период восстановления зависит от стабильности пестицида, степени угнетения, спектра его действия на микроорганизмы, способности их адаптироваться к пестицидам.
Жизнедеятельность микроорганизмов обеспечивает непрерывность процессов почвообразования и трансформации основных элементов питания растений. Поэтому решение вопросов, связанных с оценкой воздействия пестицидов на круговорот веществ в этом звене экосистемы, имеет важное практическое значение для рационального и эффективного использования почвы.
Основным источником энергии и углеродного питания для большинства микроорганизмов является органическое вещество почвы, содержащей продукты екзосмосу, остатки растений и животных, гумус и др.. Энергетические процессы в почве лучше всего характеризует его дыхание, которое определяется количеством выделенного СО2 или поглощением кислорода, а также целюлозоруйнивною активностью микроорганизмов.
Минудобрения — гарантия урожайности
К основным средствам химизации при выращивании сел ¬ когосподарських культур относятся минеральные удобрения, пестициды. Количество их использования постоянно растет. Особенно это характерно для интенсивных технологий выращивания озимой пшеницы, ячменя, кукурузы, сахарной свеклы, картофеля, проса, гречихи. Интенсификация выращивания указанных культур предусматривает значительное увеличение их урожайности.
Как известно, с увеличением урожайности возрастает вынос из почвы питательных веществ. Так, озимая пшеница при урожайности зерна 50-60 ц / га использует из почвы 160-190 кг / га азота, 55-70 кг / га фосфора, 80-100 кг калия озимая рожь — соответственно 120-150, 50-70 и 100-150 кг / га. Поэтому питательные вещества, выносимые, необходимо обновлять за счет внесения удобрений.
Ежегодно приоритетной задачей является увеличение производства зерна и другой сельскохозяйственной продукции, а внесению удобрений предоставляется недостаточное внимание. Например, в 2009 году минеральных удобрений в Украине были внесены лишь 48 кг / га действующего вещества, а урожай при этом были получены высокий, а потому деградационные процессы в почвах прогрессируют.
В то же время, использование минеральных удобрений в развитых странах постоянно увеличивается, урожай сельскохозяйственных культур в этих странах формируется за счет питательных веществ, внесенных с минеральными и органическими удобрениями (см. табл. 1).
Таблица 1. Средние нормы внесения минеральных удобрений (в расчете на 100% питательных веществ) на гектар пашни
Использование ограниченного количества удобрений требует наиболее рациональной технологии их применения, прежде локального их внесения на основе агрохимического паспорта земельного участка, обеспечивает высокую окупаемость урожаями, а, следовательно, значительный экономический эффект.
Распашка и екоривновага
Плодородие почвы в значительной мере определяется гумусовым состоянием, имеет значительное влияние на основные грунтовые режимы: водный, воздушный, питательный, тепловой. Традиционный для Украины интенсивный обработку почвы с использованием действующих средств механизации, основу которых составляют однооперационных машины, вызывает ряд негативных явлений экологического характера.
Высокая распаханность сельскохозяйственных угодий стала следствием нарушения экологического равновесия в окружающей среде. В результате эродированность сельскохозяйственных угодий достигает 38,4%, пашни — 40%. В аб ¬ солютних цифрах это составляет 15,9 млн га угодий, из которых — 12,9 млн га пашни. В некоторых областях процент эродированных земель значительно выше общегосударственного и показателя в развитых странах (см. табл. 2).
Свидетельством этого является ускорение темпов минерализации гумуса и, как следствие, потери его за последние 100 лет достигли в зоне Степи 19,5%, Лесостепи — 21,3%, Полесье — 18,0%. Недобор урожая большинства культур на эродированных землях достигает 30-40%, а энергетические затраты, связанные с их выращиванием, растут в 1,5 раза.
Таблица 2. Наибольшая степень распаханности сельскохозяйственных угодий в Украине и мире
Предотвращение усилению деградационных процессов, сохранения ландшафтного и биологического разнообразия и, соответственно, поддержания экологической стабильности территорий является необходимым условием обеспечения устойчивого развития любого региона. Достичь этого можно при условии баланса природных и регулируемых человеком экосистем, т.е. экологического равновесия — соотношение экстенсивно и интенсивно эксплуатируемых участков и природных комплексов, формирующих среду.
Многочисленные исследования показывают, что агроландшафтов может быть устойчивым, когда соотношение экологически опасных угодий (прежде пашни) к эколого-стабилизирующих (леса, естественные кормовые угодья и т.п.) составляет хотя бы 1:1. Однако для каждого конкретного региона оптимальные соотношения земель могут быть определены только с учетом неоднородности и специфики природных условий исследовательской территории.
Экологический статус почвы требует рассмотрения ее плодородия в сочетании с другими компонентами экосистемы, однако определяющим должен быть биологический фактор. Необходимо сохранять природное разнообразие биотической части экосистемы, обеспечивать оптимизацию условий существования всего фиторизноманиття, в частности, культурных растений агроценозов.
Изменение состава и вида биоразнообразия, интенсивные технологии возделывания почвы и выращивания сельскохозяйственных культур обусловили не только видоизменение самой почвы, но и направление прохождения грунтотворних процессов. Поэтому управление плодородием почвы должно происходить не только на ландшафтно-региональном, но и почвенно-экосистемном уровнях. Первый предусматривает оптимизацию структуры природных и сельскохозяйственных угодий, второй — оптимизацию структуры посевных площадей и научно обоснованного чередования культур в севообороте (на рабочих участках) конкретного хозяйства. Последний предусматривает расширение посевных площадей многолетних трав и кормовых культур, культур в промежуточных посевах, заложенные эрозионно опасных участков, то есть позволяет принимать меры по улучшению плодородия почвы в каждом конкретном поле и в севообороте целом.
Устойчивому развитию будет способствовать и стремление превратить современные агроэкосистемы в адаптивные, то есть устойчивые и стали. Основным принципом растениеводства адаптивных агроэкосистем является сохранение природных ресурсов и энергетических затрат за счет уменьшения использования ресурсов, не возобновляются; переоценки структуры севооборотов в сторону насыщения их культурами (многолетние травы, сидераты, зернобобовые), способными улучшать качество почвы.
Эти культуры следует высевать также как пожнивные, послеукосных, подсевное, озимые промежуточные, уплотненные посевы, что позволит улучшить плодородие почвы без уменьшения выхода полезной продукции растениеводства (зерновые и пропашные культуры); правильного подбора и расстановки культур, наиболее приспособленных к условиям, а следовательно , более устойчивых против местных видов сорняков, вредителей, возбудителей болезней; ввода в практику смешанных агроценозов, направление усилий селекционеров на вывод видов и сортов с качествами и свойствами, которые бы дополняли друг друга (зерновые культуры и травы, плодово-ягодные и сидеральные культуры и т.д.); восстановление оптимальной плотности скота (подзабытый принцип корифея агрономической науки прошлого А.Т. Болотова: на каждую десятину пашни — 2 коровы, тогда органических удобрений хватит для поддержания плодородия почвы. Он даже не представлял себе современные агроэкосистемы, в которых корма получают преимущественно благодаря посевам и еще в форме зерна); оптимизации агроэкосистем на основе баланса питательных веществ: соответствие поголовья скота производству кормов — важный шаг к адаптивных агроэкосистем, сохранение повсеместно дикорастущих форм фиторизноманиття с целью укрепления природных экосистем, поможет в борьбе с вредителями сельскохозяйственных культур.
Важные агромероприятия
Хозяйства с значительным разнообразием культур всегда более экономически и экологически устойчивые. Выращивая такие культуры, хозяин распределяет экономический риск, связанный с изменениями цен, спроса на продукцию. Правильно подобранная разнообразие культур делает хозяйства устойчивыми и с биологической точки зрения. Этого можно достичь даже в рамках культуры (вида) благодаря наиболее обоснованном подбора сортов различной селекции, причем не самых продуктивных, а средних по урожайности, однако устойчивых к неблагоприятным условиям (ведь 60-70% пахотных земель расположены в зоне рискованного земледелия).
Следует учитывать природные черты рельефа и почв, поскольку они даже на подобных агроландшафтах имеют свои отличия. Должно быть контурно-мелиоративное земледелие, а не геометрически правильные поля, наблюдается в большинстве хозяйств.
В агроекологизации земледелия важное значение имеют научно обоснованные мелиоративные системы, которые регулируют водный, воздушный, питательный, окислительно-восстановительный режимы, то есть влияют на общее экологическое состояние в почве. Известкование, гипсование почв, посева солеустойчивых растений способствует оптимизации реакции почвенного раствора, уменьшает концентрацию вредных легкорастворимых солей, улучшает агрохимические свойства почвы, предотвращает его вторичному засолению во время орошения. В комплексе с другими агромероприятия мелиорация позволяет ликвидировать переувлажнения, засушливость, кислотность, щелочность, засоление, уплотнение почвы, что увеличивает мощность пахотного слоя, где расположена корневая система растений и почвенная биота.
Рассматривая адаптивные агроэкосистемы, важно акцентировать актуальность альтернативного органического земледелия, которое предусматривает полный отказ от минеральных удобрений, химических средств защиты растений, плугов, чистых паров и т.д. и которое набирает популярность во многих странах мира. На сегодня переход на альтернативное экологическое земледелие могут позволить себе, в основном, развитые страны, где высокая культура земледелия, существует перепроизводство продуктов питания и на первом месте — качество продукции. В Украине оно может практиковаться лишь на небольших площадях, скажем, с целью обеспечения продуктами питания детских учреждений, санаториев, больниц.