И СОЗДАНИЕ БЕЗДЕФИЦИТНОГО ЗАПАСА ГУМУСА

*

Органическое вещество - своеобразный регулятор, обеспе­чивающий необходимый уровень расходования элементов пи­тания. Он предотвращает непроизводительные потери пита­тельных веществ от вымывания, образования газообразных продуктов и трудно растворимых минеральных соединений. Больше того, органическое вещество регулирует не только рас­ход элементов минерального питания самой почвы, но и ока­зывает положительное влияние на усвоение минеральных удоб­рений, эффективность которых на хорошо гумусированных почвах обычно выше. В то же время нельзя не согласиться с В.В. Бутовым (1990 г.), что режим карбонатов в почве оказы­вает влияние на ее агрономические свойства.

Глубина залегания линии вскипания, по мнению Н.Т. Ма­сюка (1994 г.) может быть одним из бонитировочных показа­телей экологической оценки почв, дифференцированной, по отношению к различным экологотрофическим (мега-, мезо-, эври- и олиготрофы) и эколого-гидрологическим (мезо-, ксе- ромезо-, мезоксеро-, ксерофиты) группам растений.

Считается, что основным источником соединений, нор­мирующих органическое вещество почвы, состоящего преиму­щественно из специфических окрашенных гумусовых веществ, являются остатки высших растений в виде наземного опада и отмерших корневых систем. Поступление веществ с микроб­ной плазмой, отмершими телами червей и насекомых, населя­ющих почву и др., имеют подчиненное значение. Химический состав поступающих в почву растительных остатков очень сло­жен и динамичен.

Сухое вещество включает углеводы, белки, лигнин, липи- ды, различные воски, смолы, дубильные вещества, пигмен­ты, ферменты, витамины, низкомолекулярные соединения, зольные элементы и др. В растительных остатках от 10 до 30% лигнина, обладающего наибольшей микробиологической устойчивостью, т.е. наименьшей скоростью микробного раз­ложения. В основном же сухое вещество растительных остат­ков состоит из углеводов и лигнина, представленных в раз­личных соотношениях. При этом скорость разложения расти­тельных остатков существенно зависит от химического соста­ва.

В этой связи при переходе к биологическому растениевод­ству важное значение будет иметь регулирование соотноше­ния содержания лигнина в органической массе сельскохозяй­ственных растений. Известно, основу органического вещества большинства почв составляют специфические гумусовые ве­щества, возникающие в результате сложных биохимических и физико-химических трансформационных процессов, называе­мых процессами гумификации. Все составляющие гумусового баланса почв являются звеньями биогеохимических кругово­ротов углерода в естественных и культивируемых агрофито- ценозах.

Количество и качество гумуса в почве определяет уровень ее плодородия, а также устойчивость к эрозионным процес­сам. К тому же при неблагоприятных погодных условиях высокогумусированные почвы, имея более высокие показате­ли пищевого, водно-воздушного и теплового режимов, спо­собны полнее обеспечивать растения факторами жизни. По­этому увеличение содержания гумуса в почве, или на первых порах хотя бы получение приходно-расходного баланса, ста­новится важным стабилизирующим условием биологического ландшафтного растениеводства стран мира.

Кяпянг ГУМУППВЫУ RPTTIPr.TR ИТГПТПЧЯРТ'

Следовательно, бездефицитный баланс гумуса создается путем регулирования процессов его новообразования и распа­да. В конкретных почвенно-климатических и хозяйственных условиях очень важно знать основные составляющие этого баланса и оказывать на них наиболее эффективное воздействие. Так потери гумуса вырастают при интенсификации обработки почвы и следовательно оптимизация ее, не говоря уже о «ща­дящей агротехнике», несомненно, будет способствовать мень­шей минерализации гумуса в почве.

При орошении необходимо помнить о нисходящей вод­ной миграции органического вещества в почве и интенсифика­ции микробиологических процессов в ней.

В обрабатываемых почвах поступление органических ос­татков существенно колеблется в зависимости от возделывае­мых растений, их урожайности, технологии уборки, использо­вания пожнивных остатков и т.д. Несомненно, определяющее значение в нарушении гумусового баланса в почве имеет его минерализация и потери в результате эрозии. Согласно имею­щимся данным, органическое вещество из почвы может те­ряться в значительно больших количествах при эрозии, чем при минерализации, что необходимо учитывать при решении научно-производственных вопросов ландшафтизации растени­еводства. Влияние эрозии на содержание гумуса в черноземах отражено в таблице 29.

29. Потери почвенной массы и органического вещества от эрозии (Л.Я. Новаковскин, 1990 г.)

По мнению А.Д. Фокина (1986 г.), ведущее место в функ­ционировании и свойствах почвы принадлежит именно круго­вороту органического вещества, а не его присутствию и содер­жанию. Необходимо помнить, что естественные не нарушен­ные экосистемы безотходны (см.схему).

Схема трансформации органического опала в черноземах (А.Фокин, 1986 г.)

В агрофитоценозах происходит ежегодное отчуждение с урожаем значительной части биомассы, а следовательно, эле­ментов питания. В виде корневых остатков в почву возвраща­ется всего 20-30% питательных веществ 01 выноса. Известно, что растительные остатки являются наиболее полноценным и сбалансированным источником элементов питания. При со­здании же бездефицитного баланса основных элементов пита­ния за счет внесения органических и минеральных удобрений, соотношение их форм, попадающих в почву, характеризуется существенным отличием. На качественный состав органичес­кого вещества в черноземах влияют, главным образом, усло­вия почвообразования, определяемые биоклиматическими ус­ловиями. Специфика разложения органических остатков в по­чве приведена в схеме.

Обычно в легкосуглинистых почвах количество гумонов и меланонов снижено, в более тяжелых по механическому со­ставу - повышено, а размеры их увеличены. В настоящее вре­мя особо важны эксперименты, имитирующие процесс гуму- сирования в условиях, типичных для черноземов в режиме прерывистого (с периодическим иссушением) увлажнения с типичными горными породами. Это позволит разработать адек­ватную модель плодородия черноземов, необходимую для управления почвенными процессами. Надежность регулиро­вания плодородием почв определяется следующими показате­лями:

• степенью организации объектов регулирования (окуль- туренность почв, биопотенциал растений);

• уровнем оптимизации структуры внешних воздействий на объекты регулирования;

• своевременностью и качеством реализации всех феноло­гических приемов и их корректировки в соответствии со скла­дывающимися погодными условиями;

• своевременным предотвращением отрицательных прояв­лений генезиса почв, как естественной основы ее плодородия

Целью систем управления плодородием почв являются устойчивые темпы прироста биопродукции на единицу мате­риальных и энергетических затрат, что связано с оптимизаци­ей почвенных режимов в соответствии с физиологическими этапами выращиваемых культур.

Модель системы управления плодородием почвы предус­матривает высокий уровень использования ЭВМ, приборов и датчиков, т.е. автоматизацию получения и обработки инфор­мации, выдачи управляющих решений. Под моделью плодо­родия почв понимается совокупность агрономически значи­мых свойств почвы и почвенных режимов, отвечающих опре­деленному уровню продуктивности растений. При этом моде­ли плодородия должны соответствовать определенным сельс­кохозяйственным культурам или группам культур, т.е. быть, в более широком понимании, моделями емкости агроэкосис- тем. Несомненно, что на основе автоматизированных банков данных и развитого программного обеспечения будут разрабо­таны автоматизированные системы управления почвенным плодородием. _г

Обобщая имеющиеся научные данные, следует признать, что устойчивость гумусного состояния черноземов - это наи­более конкретное проявление их способности к саморегулиро­ванию, высокой буферности. Однако необходимо помнить о том, что мощные антропогенные воздействия при интенсифи­кации растениеводства нарушают сложившееся подвижное рав­новесие и гумус черноземов может утрачивать свои характер­ные черты как в количественном, так и в качественном отно­шении. Среди них наиболее значительно влияние орошения, критические уровни которого приводят к сбою в функциони­ровании системы саморегулирования и как следствие - к дег­радации гумуса. В этих условиях обязательно необходимо ак­тивизировать в почве процессы гумификации путем внесения органических удобрений, запашки сидератов, посева много­летних трав и др., противостоящие уменьшению количества и ухудшению качества гумуса.

Орошение в засушливой зоне нарушает сложившееся рав­новесие в балансе органического вещества. Орошаемые почвы обычно содержат меньше гумуса, чем неорошаемые аналоги, и ежегодные его потери больше. Уменьшение гумуса на оро­шаемых землях связано с усилением биологических процес­сов вследствие улучшения водообеспеченности, что обуслов­ливает повышение плодородия почв в 1,2-3 раза по сравне­нию с аналогичными почвами в неорошаемых условиях и 1,7- 3,2 раза, чем на полях хозяйств. И как уже отмечалось, дей­ственным средством против дегумификации в орошаемых условиях являются многолетние травы. Использование их в севооборотах в течение 2-3 лет стабилизирует и даже повыша­ет содержание гумуса в почве за счет отмерших растительных остатков.

Расход гумуса в обрабатываемых почвах во многом зави­сит от уровня растениеводства. Так, в почвах государственных сортовых участков его потери в среднем в 2 раза меньше, чем на полях фермерских и других хозяйств, что объясняется бо­лее тщательным соблюдением чередования сельскохозяйствен­ных культур в севосмене, качественной обработкой почвы, внесением органических удобрений, посевом многолетних трав и др. Замечено, что потери гумуса почвой значительно снижа­ются при сокращении площади пропашных культур в севоо­бороте. Так, при насыщении севооборота пропашными куль­турами до 20% теряется 0,3 т/га гумуса; 40% - 0,7; 50% - 0,9 т/га.

В числе мероприятий по обеспечению бездефицитного ба­ланса гумуса в почвах ведущая роль принадлежит органичес­ким удобрениям, которые рекомендуется вносить из расчета 7-9 т/га севосменной площади и в перспективе - 11-16 т/га. Следует отметить, что увеличение доз навоза с 12 до 24 т/га при ежегодном внесении, как считают, существенно не влияет на накопление гумуса в почве. Различия по ежегодному его приросту незначительны, т.к. происходит, по видимому, про­стая минерализация внесенного органического вещества. Из­вестно, что степень его гумификации определяется также и гидротермическими условиями.

В этом отношении представляет интерес сочетание приме­нения на орошаемых землях органических удобрений и посева многолетних трав (15-20 т/га + люцерна). Научно обоснованное применение удобрений с учетом биологических особенностей растений и агрономических картограмм - резерв повышения урожайности сельскохозяйственных культур. Из­вестно, что научно обоснованное применение удобрений по­зволяет повысить их эффективность на 25-30%.

Актуальны и сейчас слова академика Д.Н. Прянишникова о том, что избытком удобрений нельзя заменить недостаток знаний. Особое значение приобретает сейчас наиболее полное использование различных источников поступления органичес­кого вещества (навоза, растительных остатков и др.) с целью создания положительного баланса гумуса в почве. В ряде стран разработана и внедряется система контроля за балансом орга­нического вещества на каждом поле, на основе которой опре­деляют оптимальные нормы внесения органических удобре­ний. В Федеративной Республике Германии при обобщении результатов длительных исследований определена количествен­ная потребность различных почв в органическом веществе, необходимом для компенсации расхода из почв при выращи­вании различных сельскохозяйственных культур.

В растениеводстве порой пренебрегают дешевыми и весь­ма эффективными биологическими приемами оптимизации азотного режима за счет сидератов, бактериальных и органи­ческих удобрений, что позволяет создавать высокую азотно- буферную емкость почвы, способную саморегулировать азот­ный режим. Необходимо помнить, что управление азотным режимом должно согласовываться с физиологическими по­требностями растений на различных этапах органогенеза и осу­ществляться следующими путями:

1. За счет дробного внесения азотных удобрений;

2. Обогащением почвы органическим веществом и полез­ной ризосферной микрофлорой;

3. Применением ингибиторов нитрификации.

Естественно, только обоснованное сочетание указанных

способов с учетом свойств почв и потребностей растений по­зволит эффективно управлять азотным режимом. В странах мира ведутся широкие исследования, связанные с повышени­ем эффективности нитрагинации (инокуляции) семян. Созда­ются новые формы инокулянтов., разрабатываются экономич­ные способы их внесения. Особое внимание уделяется выве­дению высокоэффективных штаммов азотофиксирующих бак­терий рода ризобиум методами аналитической селекции, му­тагенеза и генной инженерии практически для всех бобовых растений. Установлена способность бактерий азоспирилл, оби­тающих в ризосфере растений семейства мятликовых, пасле­новых, сельдерейных, усваивать азот атмосферы.

Оптимизация азотного режима почв тесно связана со ста­билизацией других режимов пцтания растений и, прежде все­го, с фосфорным. Известно, что повышению урожайности сель­скохозяйственных культур способствует увеличение в почве соотношения между N и Р₂0₅ от 1:2,8 до 1:8,1. При дальней­шем расширении этого соотношения растения начинают ощу­щать недостаток в азоте, в растениях накапливается избыточ­ное количество фосфора, что отрицательно сказывается на их биопродуктивности. Отмечается, что средневзвешенное коли­чество подвижного фосфора в почвах некоторых стран за пос­леднее десятилетие возросло с 7,1 до 8,3 мг Р₂0₅ на 100 г по­чвы.

Для обеспечения оптимального фосфорного уровня черноземов (15-20 мг Р₂0₅ на 100 г почвы) необходимо уве­личивать его содержание в почве на 6-10% по сравнению с уже достигнутым. Почвы некоторых стран характеризуются довольно высоким уровнем саморегулируемости калийного режима. Это происходит благодаря наличию в них достаточ­ного количества калийсодержащих глинистых минералов. Однако на почвах легкого гранулометрического состава (пес­чаные и супесчаные) калийный режим складывается небла­гоприятно. Известно, что в степной зоне калийные удобрения дают хороший эффект на фоне высоких доз азотных и фос­форных удобрений. Важное значение имеет также обеспечен­ность растений другими макро-'и микроэлементами, недоста­ток которых в определенной степени восполняется при внесе­нии органических удобрений. Особое внимание приобретает дальнейшее повышение эффективности вносимых удобрений путем совершенствования технологии их применения, созда­ния новых форм удобрений (жидких, фосфорных, медленно­действующих азотных), а также ингибиторов нитрификации.

Шведские ученые предложили использовать удобрения замедленного действия. Микроэлементы: железо, марганец, цинк и другие помещают в небольшие «бусинки», которые, медленно разлагаясь в почве, постепенно освобождают дей­ствующее вещество. Срок действия новых удобрений свыше десяти лет. В перспективе предполагается широко использо­вать микроэлементы, повысить роль растительной диагности­ки и других методов определения потребности растений в ос­новных элементах питания по этапам органогенеза, применять компьютеры, позволяющие при выдаче рекомендаций учиты­вать взаимосвязи между различными факторами.

УкрНИИ почвоведения и агрохимии им. А.Н. Соколовс­кого предложена схема расчета сбалансированного гумуса в черноземах. Необходимо отметить, что расходная и приход­ная части баланса гумуса в почвах общепринятые. Характери­зуя приходную часть баланса гумуса, следует отметить, что при внесении 1 т навоза в почвах образуется 0,005-0,006 т гумуса.

На основе анализа и обобщения собственных и литератур­ных данных об урожайности сельскохозяйственных культур и количествах пожнивных и корневых остатков в УкрНИИ поч­воведения и агрохимии рассчитаны уравнения линейной рег­рессии. С их помощью определяется количество органических растительных остатков, поступающих в почву. Расчеты свиде­тельствуют, что при возделывании эспарцета в течение 2 лет в почве накапливается 75 ц/га органических остатков, озимой пшеницы и кукурузы 27-65 ц/га, ячменя и овса 20-40 ц/га. При внесении удобрений продуктивность корневой системы в 2-4 раза выше. Следовательно, для расчетов необходимо при­менять соответствующие дифференцированные данные.

После эспарцета в почве остается большое количество рас­тительных остатков и процессы образования гумуса в ней пре­обладают над его минерализацией. При возделывании много­летних трав в течение года на гектаре в почве накапливается 0,2-0,3 тонны гумуса (баланс положительный). Близкий к без­дефицитному складывается баланс гумуса при возделывании озимой пшеницы и ячменя с подсевом эспарцета. После куку­рузы, выращиваемой на силос, при урожайности около 200 ц/га в почве остается 3,9 т/га органических веществ, из которых образуется 0,66 т/га гумуса, а минерализуется 1,47 т/га, или потери его за год составляют 0,81 т/га. На паровых полях ми­нерализуется в год 2 т/га гумуса.

Органические удобрения, корневые и пожнивные остатки, солома и др. - важный источник повышения плодородия по­чвы. Для достижения бездефицитного баланса гумуса в почве в мире разработана модель его возобновления при дополни­тельном внесении соломы и запашке сидератов. Существует следующая технология использования соломы:

• зерновые колосовые убираются комбайнами с измельчи телями для равномерного распределения соломы по площа ди;

• с целью устранения эффекта депрессирующего влиянго соломы на урожайность последующих культур на каждую тон ну соломы вносят 8-10 кг азота. Затем применяется двукрат ное дискование с интервалом 12-15 дней и последующи!^ подъемом зяби;

• отмечается, что использование соломы, сидератов и про ведение противоэрозионных агротехнических мероприяти{ позволяет успешно восстанавливать почву и повышать ее пло дородие. При расчетах образования гумуса из органически? растительных остатков и органических удобрений применяет ся соответствующий коэффициент гумификации. Этот коэф фициент растительных остатков некоторых сельскохозяйствен ных культур помещен в таблице 30.

Накопление гумуса определяется для каждого поля и в целом за ротацию севооборота или за годы севосмен. Увели­чение средневзвешенного содержания гумуса за счет расти­тельных остатков рассчитывают по следующей формуле:

Гумус = (р^с,) + (р₂К₂С₂) + ...+ (РЛ^Сп)^/С.^+С2' ^г«^е:

Р]Р_П ~ растительные остатки отдельных культур севооборо­та или севосмена, ц/га;

к₁к_п - коэффициент гумификации растительных остатков культуры;

с,с_п- площади, занятые отдельными культурами. (Табли­ца 31)"