Плодородие почв Беларуси
Глава 7. СОСТОЯНИЕ И ПУТИ УЛУЧШЕНИЯ ПОЧВ БЕЛАРУСИ
Плодородие является важнейшим и неотъемлемым свойством почвы, от которого зависит жизнь растений и животных. Под плодородием в современной научной литературе принято понимать способность почвы обеспечивать рост и воспроизводство растений всеми необходимыми им условиями. Растения для своей жизни нуждаются в воде, элементах питания, свете, тепле, кислороде, углекислом газе. Все это (кроме света) в той или иной мере дает почва.
Почва является незаменимым исчерпаемым относительно возобновимым природным ресурсом. Ни сегодня, ни в обозримом будущем нет другого природного ресурса, который мог бы заменить почву в полной мере в качестве средства сельскохозяйственного производства. Охрана таких возобновимых природных ресурсов как почва должна осуществляться путем рационального их использования и расширенного воспроизводства. Воспроизводство плодородия – совокупность природных почвенных процессов и целенаправленных антропогенных воздействий для поддержания эффективного плодородия почв на уровне, приближающемся к потенциальному плодородию. Однако правила рационального использования почвенных ресурсов соблюдаются далеко не всегда, в итоге почва теряет свое плодородие.
Плодородие почвы формируется в процессе образования самой почвы и определяется всей совокупностью свойств почвы, а не только верхним ее слоем, где находится большая часть гумуса, корней, питательных веществ. Важнейшими свойствами почв Беларуси, определяющими ряд соподчиненных свойств и, в конечном счете, плодородие, являются гранулометрический состав, структурность, водно-физические свойства, тепловые свойства, содержание органического вещества, поглотительная способность почв, биологическая активность почв.
Гранулометрический состав почвы определяет тепловой, воздушный, водный и пищевой режимы. Легкие почвы прогреваются раньше тяжелых, и их называют «теплыми почвами». Они имеют хорошую водо- и воздухопроницаемость, поэтому влага слабо накапливается, а элементы питания активно вымываются. Благодаря высокой аэрации органическое вещество в таких почвах быстро минерализуется, а гумификация ослаблена. Их поглотительная способность и буферность низка.
Тяжелые почвы более «холодные», слабопроницаемы, значительная часть их влаги недоступна растениям. При сезонном переувлажнении возможен дефицит воздуха и развивается оглеение. Различия в гранулометрическом составе почв наряду с климатическими особенностями определяют существенные различия в нашей стране, например, по срокам достижения почвой физической спелости между легкими почвами юга страны и тяжелыми почвами Витебщины. Сроки сева яровых культур в этих регионах могут отличаться на 2-3 и более недель. В принципе Беларусь относится к зоне легких почв, почти половину интенсивно используемых земель занимают супеси, а еще почти четверть – пески, что затрудняет массовое получение высоких, на мировом уровне урожаев сельскохозяйственных культур. Основным путем ликвидации этого недостатка является систематическое окультуривание, особенно путем внесения органических удобрений для повышения поглотительной способности почв и улучшения пищевого и вводно-воздушного режима.
Структурность определяет плотность почвы, ее физические свойства и связанные с ними тепловой, водный, воздушный и пищевой режим, что в конечном счете сказывается на величине урожая. В бесструктурной почве обычно наблюдается дефицит либо воды, либо воздуха. Особое агрономическое значение имеет структурность пахотного горизонта, в котором находится большая часть корней культурных растений. Как правило, более окультуренная человеком почва более оструктурена, причем особенно важную роль в создании этого компонента плодородия играют органические удобрения. На белорусских полях в пахотном горизонте преобладает мелкокомковатая структура почв.
Тепловые свойства почв, то есть их способность поглощать и отражать лучистую энергию солнца, проводить и удерживать тепло, также во многом определяют рост и развитие растений. Тепловой режим почвы зависит от цвета почвы, водно-воздушных свойств, теплоемкости заполняющей ее воды или воздуха. Именно тепловой режим определяет зональность в выращивании отдельных видов культурных растений, например, классическую специализацию южной и западной части страны на сахарной свекле, восточной и северной части – на выращивании льна-долгунца.
Органическое вещество почв содержит основную массу азота,
80 % серы, 60 % фосфора, много других элементов питания. Эти элементы не вымываются, но постепенно могут использоваться растениями. Органическое вещество – источник энергии для микроорганизмов, мобилизующих элементы питания для растений из растительных остатков и минеральной части почвы. С количеством и качественным составом гумуса связано образование водопрочной структуры и формирование благоприятных водно-физических и технологических свойств почв, создание поглотительной способности почв. Для почв Беларуси актуальной задачей является повсеместное достижение содержания гумуса 2-3 % за счет органических удобрений, послеуборочных остатков и т. п.
Поглотительная способность почв обуславливает ряд жизненно важных для растений свойств почвы – пищевой режим, химические и физические свойства. Благодаря ей элементы питания удерживаются почвой и меньше вымываются осадками, оставаясь доступными для растений. От емкости и состава обменных катионов зависит реакция почв, дисперсность, способность к агрегированию, водопрочность. Поглощенные водород, алюминий, железо разрушительно действуют на структуру почв и поглощающий комплекс в целом, а «кальций» называют стражем плодородия. В почвах Беларуси целенаправленным окультуриванием за последние полвека существенно улучшен состав поглощающего комплекса, на 90 % сельскохозяйственных земель кальций доминирует в ППК. Основную роль в этом процессе сыграло широкомасштабное известкование кислых почв. Размер обменной поглотительной способности в почвах Беларуси сравнительно невелик: 4-7 смоль/кг на песчаных, 5-10 – на супесчаных, 8-15 смоль/кг на суглинистых почвах. Увеличить размер поглотительной способности реально только за счет органических коллоидов, для чего необходимо систематическое внесение органических удобрений в дозах, рассчитанных на расширенное воспроизводство гумуса.
Биологическая активность почвы определяется численностью, составом и активностью почвенной фауны, микроорганизмов, ферментов. Они непосредственно участвуют в трансформации недоступных растениям элементов питания, участвуют в образовании гумуса, биологически удерживают элементы питания. В биомассе отмирающих микроорганизмов, а их количество может достигать 6 т/га, содержится около 12 % азота, 3 % фосфора, 2,2 % калия. Многочисленные исследования ученых, в том числе белорусских (Карягина Л.А., 1983 г.), показали, что грамотное применение органических, минеральных, известковых, бактериальных удобрений существенно улучшает биологический режим почв Беларуси, повышая количество и долю бактерий в составе микрофлоры, активизируя активность инвертазы, каталазы, уреазы и многих других ферментов, усиливая азотфиксацию, нитрификацию и многие другие процессы.
Плодородие почв имеет экологическую конкретность. Главный парадокс плодородия заключается в том, что все почвы обладают плодородием, и в то же время нет вообще плодородных земель. Различные почвы не могут быть одинаково хороши для всех растений. Например, люпин хорошо растет только на кислых почвах, а люцерна предпочитает нейтральные почвы. Для зерновых культур оптимальны тяжелые структурные почвы, а картофель, тыква и черешня лучше растут на легких почвах. При проведении кадастровой оценки сельскохозяйственных земель, например, почвы Беларуси были дифференцированы по пригодности возделывания 13 культур либо групп культур, различающихся по своей требовательности к почвенным условиям. Так что одна и та же почва для одних растений может быть плодородной, для других – малоплодородной.
Рис. 7.1. Плодородие почв Беларуси (Национальный атлас Беларуси, 2001)
В этой особенности почвенного плодородия заложена основа рационального, т. е. в наибольшей степени отвечающего почвенным условиям, размещения сельскохозяйственных растений, направленного на оптимальную специализацию сельскохозяйственного производства.
Изучение почвенного покрова, почвенное районирование позволяют выделить территории с наиболее благоприятными природно-почвенными условиями для разных направлений сельского хозяйства, для разных культурных растений. С особенностями почвенного плодородия связано развитие зернового хозяйства, льноводства, садоводства, плодоводства.
Для эффективного использования почвенного плодородия, получения максимальных урожаев необходимо достигать единства между сельскохозяйственными растениями и культурными почвами. Те или иные свойства почв могут иметь положительную или отрицательную роль в формировании почвенного плодородия. Культурные биоценозы участвуют в формировании и в поддержании плодородия почв.
В агроценозах к опаду относятся пожнивные остатки и корни сельскохозяйственных культур, причем корни растений преобладают: у пшеницы – 85 %, гороха и кукурузы – 90, трав – 90–93 %. По характеру поступления и по объему годичного опада высокопродуктивные агроценозы Беларуси приближаются к биоценозам луговой степи, что не позволяет рассматривать агроценозы только как потребителей почвенного плодородия.
Внесение удобрений, применение различных мелиоративных и агротехнических приемов способствуют изменению почвенных свойств, приводят их в соответствие с экологией культурных растений. Такое изменение почв, их окультуривание есть особая антропогенная стадия развития почв.
Дерново-подзолистые и другие почвы Беларуси существенно меняются в процессе окультуривания. Плодородие почв с культурными биоценозами развивается вместе с развитием производительных сил. Каждому уровню развития производительных сил соответствует своя продуктивность агроценозов. Если полвека назад урожайность зерновых в 15 ц/га считалась очень высокой, то сейчас и 30 ц/га считается недостаточным (кроме песчаных почв). Обусловлено это тем, что объем биологического круговорота определяется интенсивностью сельскохозяйственного использования. Это важнейшая черта культурного почвообразовательного процесса, суть которого составляют такие нехарактерные для целинной почвы элементарные почвенные процессы как отчуждение питательных веществ с урожаем, ежегодное перемешивание пахотного слоя, ускоренная минерализация растительных остатков, внесение веществ с удобрениями и мелиорантами.
При целенаправленном окультуривании изменяются практически все свойства почв. С увеличением степени окультуренности (табл. 7.1) увеличивается мощность пахотного горизонта, темнеет его окраска, улучшается оструктуренность. При высокой степени окультуренности ниже пахотного слоя появляется гумусовый горизонт, а общая мощность гумусовых горизонтов в культурной почве (агроземе) может достигать
60 см. Растет количество гумуса, которое может достигать 5-6 %, и улучшается его качество.
Таблица 7.1
Изменение физических параметров дерново-подзолистой
супесчаной почвы в процессе окультуривания
| Показатель | Почва | ||||
| лесная | слабо окультуренная | среднеокультуренная | сильноокультуренная | культурная | |
| Мощность Ап, см | – | 18-26 | 20-30 | 22-33 | более 30 |
| Мощность А1, см | До 18 | До 7 | 5-15 | 10-30 | |
| Объемная масса, г/см3 | 1,2-1,4 | 1,45-1,6 | 1,35-1,55 | 1,2-1,4 | 1,0-1,3 |
| Порозность, % | 45-50 | 35-45 | 40-50 | 45-55 | 50-65 |
| Удельная поверхность, м2/г | 30-40 | 20-25 | 21-30 | 27-37 | более 35 |
| Максимальная гигроскопичность, % | 1,5-2,5 | 0,8-1,2 | 1,0-1,6 | 1,2-2,0 | более 1,8 |
| Коэффициент структурности | 0,5-1,0 | 0,4-0,6 | 0,5-0,8 | 0,7-1,0 | 0,9-1,2 |
| Коэффициент цветности | 14,7 | 23,3 | 13,9 | 12,5 | 8,8 |
| Коэффициент отражения | 22,0 | 27,7 | 25,0 | 23,2 | 14,9 |
Окультуривание практически не меняет гранулометрический состав почв, но за счет увеличения доли органических коллоидов свойства существенно улучшаются. Так, общее количество сухих и водопрочных агрегатов увеличивается с 53 и 30 % в слабоокультуренной почве до 79 и 60 % в лесной. Существенно возрастает коэффициент структурности, снижается объемная, а в культурной почве – даже удельная масса почв. Улучшение физических характеристик значительно увеличивает запасы влаги в почве – до двух раз в сильноокультуренных и культурных почвах по сравнению с лесной.
Увеличение степени окультуренности, как правило, сопровождается снижением всех видов кислотности, повышением степени насыщенности почв основаниями – в культурной почве этот показатель достигает 90 % и более, тогда как обменного алюминия практически нет.
Планомерное окультуривание значительно улучшает питательный режим почв, за последние 40 лет содержание подвижных соединений фосфора и калия в пахотных почвах Беларуси выросло в среднем в 4,5 раз. В более окультуренных почвах запасы общего азота обычно существенно возрастают, содержание общего и гидролизуемого азота, нитрификационная способность почв.
Основной прием окультуривания почв – внесение удобрений. В 2007 году в Беларуси внесено 1205 тысячи тонн д. в. NPK, что в расчете на 1 га пашни составляет 236 кг. Внесено 34,8 млн. тонн органических удобрений, средняя доза – 7,4 т/га пашни. Произвестковано 434 тыс. га, внесено 2,1 млн. т СаСО3, или 4,8 т/га.
Эффективность удобрений, а в среднем 1 кг NPK в условиях Беларуси окупается 6 кг зерна или 40 кг картофеля, существенно зависит и от географических особенностей территории. Установлено, что разница в продуктивности культур на одинаковых почвах в разных частях республики (Вещезерова И.И., 1974 г.) может достигать 30-35 %. Наиболее высокие урожаи ячменя и озимой ржи на удобренных вариантах опытов получены в Центральной почвенной провинции, самые низкие – в Южной провинции из-за периодического недостатка влаги в ответственные периоды роста растений. Напротив, в Южной провинции отмечается более высокая эффективность калийных и органических удобрений при возделывании картофеля. Эти примеры показывают, что при практическом использовании почв республики необходимо принимать во внимание региональные и местные почвенно-географические условия, то есть системы земледелия должны быть адаптивными, приспособленными к конкретным условиям.
Существенная особенность почвы как основного средства сельскохозяйственного производства заключается в том, что почва при правильной агротехнике, применении удобрений и других приемов не снижает, а увеличивает свое плодородие. Истощают почву не высокие урожаи, а низкая продуктивность производства и низкая производительность земли. Наши белорусские почвы, как всякие нечерноземные почвы, нуждаются в заботливой охране. Охрана почвы и ее правильное рациональное использование, повышение плодородия – понятия неразрывные. Охранять земли – значит рационально их использовать, добиваться высоких устойчивых урожаев и высокой продуктивности сенокосов и пастбищ. Этого можно достигнуть только с помощью всемерной интенсификации производства, эффективного осушения, борьбы с эрозией почвы, проведения лесозащитного лесоразведения, введения научно обоснованных севооборотов, совершенствования структуры посевных площадей.
При высоких урожаях объем органического вещества, оставляемого в почве, становится близким к объему, создаваемому в естественных условиях луговыми степями, т. е. такими сообществами растений, которые формируют в природе самые плодородные почвы – черноземы. Не случайно самые окультуренные почвы Беларуси (культурные, или агрикультиземы, агроземы) имеют внешний облик и основные свойства, более близкие к черноземам, чем к дерново-подзолистым или иным их естественным аналогам. Урожаи зерна в 100 ц/га в настоящее время в отдельные годы становится реальностью и для условий Беларуси благодаря целенаправленному улучшению свойств почв и правильной агротехнике возделывания культур. А если человеку удастся в ближайшее время решить трудную физиологическую задачу повышения коэффициента полезного использования солнечной энергии зелеными растениями, составляющего ныне лишь 0,1–0,5 %, редко до 2 %, то проблема обеспечения человечества продовольствием будет успешно решена.
В настоящее время уровень эффективного плодородия почв Беларуси можно оценить как средний. В 2007 году с 1 га пашни собрано 28,5 ц/га зерна, 5,9 ц/га льноволокна, 387 ц/га сахарной свеклы, 212 ц/га картофеля, 220 ц/га овощей, 32,5 ц/га сена многолетних трав.
В почвоведении основная практическая задача – ликвидация или минимизация лимитирующих почвенное плодородие факторов с помощью коренных почвенных мелиораций и агротехнологических приемов. Основными приемами для условий Беларуси являются: известкование; оструктуривание, рыхление, травосеяние (высокая плотность); минеральные и органические удобрения; осушительный дренаж. На севере страны на тяжелых почвах очень важны также дренаж, щелевание, оструктуривание (недостаток аэрации), планировка поверхности (микрорельеф).
Конкретная роль человека в изменении плодородия интенсивно используемых в сельском хозяйстве почв проявляется через изменение основных агрохимических показателей, которые регулярно отслеживаются в нашей стране благодаря проведению агрохимических обследований каждые четыре года.
За 40 последних лет количество сильно- и среднекислых (с рН менее 5,0) пахотных почв уменьшилось с 65 до 5 %, а средневзвешенный показатель рН возрос с 4,93 до 5,98 (табл. 7.2). За этот период средневзвешенное содержание подвижных соединений фосфора увеличилось с 77 до 177 мг/кг, калия – с 67 до 186 мг/кг, а доля низкообеспеченных этими элементами почв снизилась в несколько раз. Содержание гумуса увеличилось в среднем с 1,93 до 2,25 %, но с 1990 года этот показатель держится примерно на одном уровне ввиду снижения по сравнению с 1980-ми годами количества применяемых органических удобрений. Доля низкообеспеченных гумусом (менее 1,5 %) почв упала с 27 до 9 %.
На почвах улучшенных луговых угодий средневзвешенная величина рН возросла с 5,13 до 5,89, а доля почв с рН менее 5,0 уменьшилась с 44 до 6 %. Содержание подвижных соединений фосфора увеличилось с 48 до 108 мг/кг, калия – с 66 до 118 мг/кг, но доля низкообеспеченных почв остается очень высокой (58 и 70 % площади) из-за небольших объемов применения удобрений на сенокосах и пастбищах.
В настоящее время наибольшее количество кислых почв имеется в Брестской области (табл. 7.2), но за средней величиной рН скрывается факт резкого преобладания торфяно-болотных и песчаных почв, на которых оптимальный уровень рН и, соответственно, дозы известковых мелиорантов существенно ниже, чем на более тяжелых минеральных почвах. Самых проблемных сильнокислых почв первой группы кислотности больше всего в Витебской и Гомельской областях. Наилучшая структура пахотных земель по кислотности имеет место в Минской области.