ПОЧВА — ГЛАВНЫЙ РЕСУРС АГРОЭКОСИСТЕМЫ
Главный ресурс агроэкосистемы – почва. Ее плодородие зависит от запаса органического вещества (гумуса), содержания доступных растениям питательных элементов, структуры, обеспеченности влагой, реакции почвенного раствора, содержания в нем ионов токсичных солей.
Гумус – кладовая плодородия. Он образуется микроорганизмами-гумификаторами из остатков растений и животных. Запас гумуса зависит от мощности гумусового слоя и от процентного содержания гумуса в нем. Мощность гумусового слоя у черноземных почв может достигать 1 м, а у лесных почв (подзолистых, серых) она составляет 10–30 см. Содержание гумуса в этом слое у черноземов 6–10%, у лесных почв – 2–4%.
Другая группа микроорганизмов высвобождает из гумуса в почвенный раствор питательные элементы. Среди них различают макроэлементы (азот, фосфор, калий), которые требуются растениям в большом количестве, и микроэлементы (марганец, бор, медь, цинк и др.), которых растениям нужно немного. Все питательные элементы поглощаются из почвенного раствора корнями растений и выносятся из почвы с урожаем. Поэтому, если в почву не вносить удобрения (навоз, минеральные удобрения), то запасы элементов питания в ней иссякнут.
Азот может поступать в почву в результате жизнедеятельности микроорганизмов-симбиотрофов, свободно живущих в почве или в клубеньках на корнях бобовых. Чтобы увеличить биологическую азотфиксацию, расширяют площади посевов гороха, сои, люцерны, клевера и других многолетних и однолетних бобовых. Однако биологическая азотфиксация не всегда полностью компенсирует потери, которые понесла почва при уборке урожая. Приходится вносить навоз, содержащий много азота, или минеральные азотные удобрения.
Структура почвы – это форма и размеры комочков, на которые она распадается. Лучшая структура – мелкокомковатая. Внутри комочков складываются условия для деятельности микроорганизмов-гумификаторов, образующих гумус, а между комочками – для микроорганизмов, которые разлагают гумус до доступных растениям минеральных соединений.
На плодородие почвы влияет обеспеченность ее влагой. Урожай снижается при недостатке воды, что бывает в засушливые годы. Особенно часты засухи в южных степных районах. В этих районах плодородие снижается и вследствие засоления почв. В почвенном растворе содержатся растворимые в воде соли (хлориды, сульфаты, сода), препятствующие росту сельскохозяйственных растений. В европейском Нечерноземье плодородие почв снижается из-за кислой реакции почвенного раствора, что затрудняет поглощение корнями элементов питания.
На рис. 87 показаны основные факторы, влияющие на плодородие почв.
При рациональном природопользовании для сохранения плодородия почв используются следующие приемы.
Борьба с эрозией – смывом или сдуванием поверхностного наиболее плодородного слоя почвы. Для этого земли на склонах засевают многолетними травами, которые образуют дернину, защищающую поверхность почвы от разрушения водой и ветром. Применяют специальные приемы обработки почвы, сохраняющие на ее поверхности часть жнивья (того, что остается на поле после скашивания однолетних культур). Обработку почвы ведут поперек склона, и каждая бороздка становится маленькой плотиной, препятствующей стеканию воды со взвешенными в ней почвенными частицами. Для предотвращения ветровой эрозии используют кулисы – полосы из высокорослых растений (подсолнечник, кукуруза), которые остаются на поле после уборки урожая. Кулисы располагают поперек направления господствующих ветров. Особый вид эрозии – образование оврагов. Для предотвращения или остановки этого процесса проводят специальные посадки леса.
Замена отвальной вспашки безотвальным рыхлением почвы. При обработке отвальным плугом почва ставится «с ног на голову»: подповерхностный слой почвы, в котором микроорганизмы-гумификаторы перерабатывают пожнивные остатки в гумус, оказывается на поверхности. Процесс образования гумуса замедляется, а его разрушение, напротив, ускоряется. На незащищенной растениями почве усиливается эрозия. Поэтому отвальную вспашку заменяют рыхлением без оборота пласта. Для этого используют специальные орудия – рыхлители (дисковые бороны, плоскорезы, щелеватели и др.). Безотвальная обработка может быть мелкой (5–10 см) и глубокой. Иногда посев проводят в жнивье без обработки (этот прием называют «нулевой» обработкой почвы).
Севооборот. Это чередование разных культур на одном поле. В состав севооборота, кроме зерновых (пшеница, рожь) или пропашных (кукуруза), включают многолетние и однолетние бобовые травы, которые благодаря связанным с ними клубеньковым бактериям пополняют запасы азота в почве. Повышают плодородие почв и сидераты – культуры, зеленую массу которых запахивают в почву. Чередование культур облегчает борьбу с вредителями сельскохозяйственных растений, снижает засоренность полей сорными растениями.
Применение органоминеральных удобрений. При внесении минеральных удобрений, особенно в высоких дозах, активизируются микроорганизмы, разрушающие гумус, а деятельность микроорганизмов-гумификаторов подавляется. В результате запас плодородия в почве снижается. Если минеральные удобрения вносить невысокими дозами одновременно с органическими удобрениями (в первую очередь – с навозом), этого не происходит. Гумус не разрушается, а питательные вещества удобрений поступают в почвенный раствор и повышают урожай.
Сухое земледелие. Орошение, как и отвальная вспашка, подавляет жизнедеятельность микроорганизмов-гумификаторов и разрушает структуру почвы. В южных районах России орошение приводит к вторичному засолению почвы. Чтобы уменьшить площади орошаемых земель, выращивают засухоустойчивые культуры, которые могут обходиться без полива. На орошаемых землях выращивают только требовательные к влаге овощи (капусту, огурцы) или многолетние травы в степных районах. Орошение на одном участке проводят не более 2–3 лет, после чего почве дают отдых и выращивают культуры без полива.
Использование легкой сельскохозяйственной техники.Тяжелые тракторы уплотняют почву и разрушают ее структуру, и потому лучше использовать легкие колесные тракторы. Часто для их прохода создают специальную колею: при уходе за посевом (подкормка, культивация и т.д.) трактор проходит по собственному следу. При этом почва уплотняется только под колеёй. Применяют также специальные широкопрофильные шины, уменьшающие давление на почву, и широкозахватные агрегаты, позволяющие обработать поле за меньшее число проходов техники. Для уменьшения числа проходов совмещают разные агрегаты – одновременно проводят рыхление почвы, посев и внесение удобрений.
Контрольные вопросы
1. Какую роль в поддержании плодородия почвы играют микроорганизмы?
2. Что такое эрозия и как можно уменьшить ее влияние на почвы?
3. Какие преимущества имеет безотвальная обработка почвы?
4. Что такое севооборот, какова его роль в поддержании плодородия почв?
5. Как можно увеличить биологическую азотфиксацию в агроэкосистеме?
6. Почему опасно применять минеральные удобрения без органических?
7. Какие приемы помогают сохранить и восстановить плодородие почвы?
Справочный материал
Сельскохозяйственная освоенность территории России составляет 13%, две трети этой территории – пашня (131,7 млн. га), площадь которой год от года сокращается. Каждый год из сельскохозяйственного использования выбывает более 1 млн. га в результате эрозии, в том числе 100 тыс. га «съедают» овраги. Ежегодно почвы России теряют более 0,6 т/ гумуса на 1 га. Из 5,9 млн. га орошаемых земель более половины вторично засолены и дают крайне низкие урожаи. Каждый четвертый гектар пашни имеет кислые почвы (в силу своей природы или из-за выпадения кислотных дождей и применения удобрений), что также снижает урожай. Сокращается площадь пашни в результате «расползания» городов», строительства дорог и промышленных объектов.
За годы реформирования положение в сельском хозяйстве России в целом ухудшилось, что во многом связано с низкими ценами на сельскохозяйственную продукцию и высокими ценами на горючее, сельскохозяйственную технику, удобрения и пестициды. Внесение органических удобрений по сравнению с 1986–1990 гг. сократилось в 2 раза, а минеральных – в 3,5 раза. В 2 раза сократились площади, на которых проводилось известкование, в 5 раз – площадь кормовых угодий, которые улучшены коренным путем. Противоэрозионных лесных насаждений также создается меньше, чем в 1990 г.
В то же время рыночные отношения дали и некоторые положительные результаты. Более оптимальной стала структура сельскохозяйственных угодий. Повсеместно из пахотного использования выведены эродированные и низкоурожайные почвы, ликвидировано избыточное поголовье скота, которое не было обеспечено своими кормами, широко распространилась более экономичная и экологичная безотвальная обработка почвы. В размещении культур более широко используют адаптивный подход – отступила на юг пшеница и ее заместили ячмень и рожь. Прекращена практика экологически опасной и неэффективной гидромелиорации земель.
Повысилась окупаемость затрат продукцией, так как ушли в прошлое создание «кладбищ» сельскохозяйственной техники, сваливание удобрений в овраги и хранение в хозяйствах значительного количества экологически опасных пестицидов, которые не были использованы.
Все это дает повод для оптимизма: при государственной поддержке сельское хозяйство России может быстро увеличить объемы производства и полностью обеспечить продовольствием население страны.
(ДОП.) § 57. ИСТОРИЯ ОБРАБОТКИ ПОЧВЫ
История обработки почвы (т.е. история земледелия) такая же древняя, как и история выращивания культурных растений, и насчитывает около 10 тысяч лет. Сначала человек использовал самое примитивное орудие – палку-копалку из прочной древесины. Со временем у такой палки появился каменный, а затем и металлический наконечник. С развитием кузнечного дела палку сменили мотыга и лопата. Одомашнивание скота позволило человеку использовать его при тяжелом труде рыхления почвы: тягловый скот тянул такую же палку-копалку, только большего размера. Появились разные рыхлители, в нашей стране самым известным из них была русская соха. Все эти орудия воздействовали на почву одинаково – они не изменяли положение ее слоев, а лишь разрыхляли плотную дернину и подстилающий слой почвы.
Примерно полтора столетия назад на смену рыхлителям пришли металлические плуги. Вначале их тянули лошади и волы, на смену которым со временем пришли тракторы. Плуг подрезает верхний слой почвы, переворачивает его, бросает на дно борозды и засыпает. Разработаны плуги разных конструкций – простые с одним лемехом; с предплужником; с несколькими лемехами, расположенными друг над другом, и другие. Но все они ставят почву «с ног на голову».
Плужная обработка разрушает почву: ухудшает ее структуру и условия жизни для почвенных животных и микроорганизмов. Она способствует накоплению в почве запахиваемых в нее семян сорняков, которые могут сохранять всхожесть десятки лет. При каждом новом обороте пласта семена, оказавшиеся на поверхности, прорастают и засоряют почву. Оборот пласта ухудшает водный режим почвы, разрывая капилляры, по которым влага поднимается из более глубоких слоев или просачивается с поверхности вглубь. Темная поверхность перевернутой почвы легко нагревается и испаряет много влаги, такая почва подвергается водной и ветровой эрозии.
Против обработки почвы плугом в начале столетия выступали русский агроном А. И. Овсинский и американский ученый-фермер Г. Фолкнер, и в наше время – народный академик из Курганской области Т. С. Мальцев. Многие земледельцы отказываются от обработки почвы с оборотом пласта и переходят на безотвальную обработку, которая в зависимости от почвы и климата различается. При минимальной обработке рыхлится верхний 3–7–сантиметровый слой почвы. При глубокой безотвальной обработке вслед за бороной, выполняющей минимальную обработку, почву рыхлит щелеватель, который прорезает щели на глубину до 60 см, что способствует накоплению осенней и весенней влаги.
В то же время преимущества безотвальной обработки проявляются не во всех природных условиях, а только при дефиците влаги в почве. Поэтому ее чаще применяют в степной зоне и в лесостепи. В Нечерноземье, где почвы подзолистые или серые лесные, безотвальную обработку чередуют с плужной вспашкой, при которой легче заделать в почву навоз и распахать дернину после уборки урожая многолетних трав.
Контрольные вопросы
1. Какие экологические преимущества имеет безотвальная обработка почвы?
2. В каких природных условиях она применяется?
3. Можно ли полностью «списать» плуг?