С.А. Замятин, к.с.х.н. В.М. Изместьев, к.с.х.н. Н.А. Кривощекова

Марийский НИИСХ

Повышение плодородия почвы и биологической интенсификации земледелия актуально во всем мире. Свидетельством тому является крупномасштабная деградация почвенного покрова не только в агроландшафтах, но и в экосистеме в целом .

На основании имеющихся общепринятых экспериментальных данных можно констатировать, что баланс между биогенными (биологическими) и техногенными (антропогенными) факторами нарушен не в пользу первых. Поэтому сегодня правомерно говорить о задачах и путях повышения роли биологических факторов, их интенсификации в современном и мировом земледелии .

Длительная эксплуатация дерново-подзолистых почв привела к ухудшению их физических и физико-химических свойств, в результате чего повсеместно отмечается снижение уровня устойчивости их продуктивности. Деградация дерново-подзолистых почв обусловлена в первую очередь, снижением в них запасов органического вещества.

Дерново-подзолистые почвы составляют 86% пашни Республики Марий Эл. Они не отличаются высоким естественным плодородием. Самым высоким эффективным плодородием обладает верхний десятисантиметровый слой почвы. Механическая обработка влечет за собой глубокие изменения биологических свойств почвы, которые вновь восстанавливаются через два с половиной -три месяца .

Исследования в полевых севооборотах с различной степенью насыщенности зерновыми культурами проводились на опытном поле Марийского НИИСХ и вводились одним полем с ротацией культур во времени. Проведено две закладки стационарного опыта в 1996 и 1998 гг. на дерново-подзолистой среднесуглинистой, хорошо окультуренной почве с высоким содержанием подвижных форм фосфора и обменного калия.

Схемы севооборотов: 1 севооборот (овес + клевер, клевер 1 г.п., яровая пшеница, вика/овес (зерно), озимые, ячмень). 2 севооборот (вика/овес (зан. пар), озимые, ячмень, картофель, вика/овес (зерно), яровая пшеница). 3 севооборот (вика/овес (зерно), яровая пшеница, картофель (навоз 80 т/га), ячмень + клевер, клевер 1 г.п., озимые). 4 севооборот (ячмень + клевер, клевер 1 г.п., клевер 2 г.п., озимые, картофель, овес).

Во второй ротации севооборотов помимо общепринятой агротехники полевых культур ведется изучение влияния нетрадиционных источников органических удобрений (измельченная солома, корнепожнивные остатки клевера, отторгаемого на высоком срезе) на плодородие почвы.

Так, за две ротации полевых севооборотов содержание гумуса в почве возросло во всех изучаемых севооборотах на 0,12-0,46%, особенно на фоне внесения минеральных удобрений и в 3 севообороте при применении органических удобрений.

По показателю кислотности почвенного раствора за две ротации всех изучаемых севооборотов отмечается слабая тенденция к подкислению почвы. Большее подкисление почвы отмечается на вариантах при применении минеральных удобрений.

За период наблюдений содержание в почве подвижных форм фосфора сохранилось на исходном уровне, хотя при внесении минеральных удобрений отмечается некоторое повышение значения данного показателя.

Исследования по изучению группового состава гумуса проводились нами в 2009 г. Содержание общего углерода в почве при обычной технологии составило 1,13%, при запахивании соломы и клеверного сидерата - 1,23%, при внесении минеральных удобрений - 1,15%, без внесения таковых - 1,20%.

Следует отметить, что показатели содержания углерода гуминовых кислот для дерново-подзолистой почвы в опыте согласуются с данными Тюрина и Кононовой (12-20%), приведенные А.Е. Возбуцкой (1968). В составе гумуса преобладали фульвокислоты, что характерно для дерново-подзолистых почв.

Важной качественной характеристикой гумуса почвы является величина соотношения содержания гуминовых кислот к фульвокислотам. В среднем по фонам удобрения его значения составляли: при обычной технологии и на фоне с минеральным удобрением - 0,68, при запашке соломы и на фоне без удобрений - 0,72.

Таким образом, на основании проведенных исследований можно сделать вывод, что содержание гумуса в почве имело тенденцию к его повышению, по содержанию кислотности почвы отмечается слабая тенденция к подкислению почвы. Содержание подвижных форм фосфора в почве осталось на прежнем уровне, а по содержанию обменного калия выявлена тенденция к его уменьшению. В составе гумуса преобладают фульвокислоты, что характерно для дерново-подзолистых почв.

Литература

1. Кузнецова Е. Повышение плодородия почвы и урожайности агроценозов в РФ / Е. Кузнецова, Е. Закабунина, Д. Попов // Главный агроном. - 2010 - № 4. - С. 9-10. 2. Кузнецова Е. Влияние экологической среды, лесных и сидеральных культур на повышение плодородия почвы и урожайность агроценозов / Е. Кузнецова, Е. Закабунина, С. Сергеев, Д. Попов, М. Бурдюгов // Главный агроном. - 2010 - № 6. - С. 8-10. 3. Христофоров Л.В. Пути повышения плодородия дерново-подзолистых почв Республики Марий Эл. /Л.В. Христофоров, Г.В. Пидалин // Актуальные проблемы земледелия на современном этапе развития сельского хозяйства // Сборник материалов международной научно-практической конференции посвященной 50-летию кафедры общего земледелия. - Пенза: РИО ПГСХА, 2004. - С. 42-43.

Глава 10. ПЛОДОРОДИЕ ПОЧВ

Значение почвы как основного средства сельскохозяйственного производства определяется ее основным свойством – плодородием. Плодородие – это способность почвы удовлетворять потребность растений во всех необходимых им условиях (элементах питания, воде, воздухе, тепле и др.) для нормального роста и развития.

Развитие учения о плодородии почв связано с именем русского почвоведа В.Р.Вильямса. Он изучил формирование и развитие плодородия в ходе процесса почвообразования, показал взаимосвязь со свойствами почв и пути его повышения при сельскохозяйственном использовании.

Плодородие – особое специфическое свойство почвы, являющееся главным качественным отличительным признаком ее от горной породы. Плодородия является результатом почвообразования, а при использовании в сельском хозяйстве - результатом окультуривания.

§1. Виды почвенного плодородия

Различают следующие виды плодородия: естественное (природное), искусственное, эффективное (экономическое) и потенциальное.

Естественное плодородие – то плодородие, которым обладает почва в природном состоянии без вмешательства человека. Естественное плодородие в одном случае может быть сравнительно высоким, в другом весьма низким, но всегда определяется сочетанием и совместным влиянием природных факторов и процессов почвообразования. Естественным плодородием в чистом виде практически обладают лишь целинные земли. Оно определяется биологической продуктивностью, т.е. количеством растительной массы, создаваемой за год на единицу площади.

Искусственное плодородие – плодородие, которым обладает почва в результате целенаправленного воздействия человека (обработки, удобрения, мелиорации и других приемов по окультуриванию). С момента, когда целинный участок вовлекается в оборот и почва становится средством производства и продуктом труда человека, она наряду с естественным приобретает искусственное плодородие. В чистом виде оно возникает при создании субстратов для выращивания растений в теплицах, парниках и т.п.

Искусственное плодородие свойственно всем в той или иной мере окультуренным почвам. Однако как бы ни была высоко окультурена почва, она наряду с искусственным всегда обладает и естественным плодородием, обусловленным природными свойствами почвы. Чем выше культура земледелия, тем больше изменились первоначальные качества почв и тем сильнее выражено в ней искусственное плодородие. Однако определить, какая часть плодородия окультуренной почвы относится к ее естественному плодородию, а какая к искусственному, невозможно. Эти два вида плодородия неразрывно связаны между собой и формируют эффективное (экономическое) плодородие.

Эффективное (экономическое) плодородие представляет собой ту часть плодородия почвы, которая реализуется в виде урожая растений. Оно является реальным выражением искусственного и природного плодородия, вместе взятых, и представляет собой результат воздействия человека на почву в определенных социально-экономических условиях. Следовательно, к основным факторам, от которых зависит эффективное плодородие, относятся не только уровень природного плодородия, но в большей степени условия использования почв в производстве, уровень развития науки, техники и реализации их достижений, и растет вместе с ростом последних. Является частью потенциального плодородия почв.

Потенциальное плодородие – это суммарное плодородие почвы, определяемое ее приобретенными в процессе почвообразования или созданными (измененными) человеком свойствами. Характеризуется запасами элементов питания растений, формами их соединений и сложным взаимодействием всех других свойств, определяющих способность почвы в благоприятных условиях обеспечения растений другими факторами – водой, воздухом, теплом (а это возможно при окультуривании) – длительное время мобилизовать в необходимых для растений количествах элементы питания и поддерживать высокий уровень эффективного плодородия. Огромное потенциальное плодородие имеет, например, луговой торфяник, после осушения и освоения на нем получают очень высокие урожаи культурных растений за счет частичного расхода запасного фонда. Высоким потенциальным плодородием обладают черноземные почвы, низким – подзолистые.

Различные растения предъявляют неодинаковые требования к почвенным условиям. Поэтому говорят об относительном плодородии почв, т.е. по отношению к определенным видам растений или растительным формациям. Одна и та же почва может быть плодородной для одних и малопригодной для других растений. Например, болотные почвы высокоплодородны для болотной растительности и не подходят для степной, кислые подзолистые плодородны в отношении лесной растительности, на солончаках хорошо произрастает галофильная растительность.

§2. Факторы и условия плодородия почв. Воспроизводство плодородия

Различают факторы и условия почвенного плодородия. К первым относятся элементы азотного и зольного питания растений, лучистая энергия, вода, воздух и тепло – необходимые земные факторы жизни и роста растений, ко вторым – совокупность свойств и режимов, сложное взаимодействие которых определяет возможность обеспечения растений земными факторами (физические и физико-химические свойства, наличие токсических веществ и др.).

Главные показатели (условия), определяющие уровень почвенного плодородия, можно объединить в следующие группы:

1) комплекс физических свойств почвы – механический состав, структура, физико-механические свойства, воздушные, водные и тепловые свойства;

2) комплекс химических свойств – гумусовый состав, минералогический и химический состав, количество подвижных форм макро- и микроэлементов, наличие токсических веществ, отсутствие избытка легкорастворимых солей;

3) комплекс физико-химических свойств – реакция, емкость поглощения, состав обменных катионов, степень насыщенности основаниями, окислительно-восстановительный потенциал;

4) комплекс биологический свойств – количество микроорганизмов, преобладание бактерий (нитрифицирующих, целлюлозоразрушающих, наличие азотфиксирующих), ферментативная активность, «дыхание» почвы, фитосанитарное состояние;

5) комплекс режимов почвы – благоприятные водно-воздушный, пищевой и тепловой.

Необходимо подчеркнуть, что плодородие проявляется как результат сложного взаимодействия и взаимовлияния свойств и режимов почвы. Свойства почвы могут оказывать как положительное, так и отрицательное влияние на уровень ее плодородия. В таблице 13 перечислены основные лимитирующие факторы почв и соответствующие приемы их мелиорации.

Таблица 13.

Лимитирующие факторы плодородия и прием их ликвидации

	Мелиоративный прием
Избыточная кислотность	Известкование
Избыточная щелочность	Гипсование, внесение физиологически кислых удобрений
Избыток солей	Промывка на фоне дренажа сбросных и почвенно-грунтовых вод
Высокая глинистость Высокая плотность Недостаток тепла	Пескование, оструктуривание, глубокое рыхление Оструктуривание, рыхление, травосеяние Тепловые мелиорации: мульчирование поверхности, снегонакопление, лесополосы, пленочные укрытия
Недостаток воды	Орошение, агротехнические приемы накопления воды в почве и защиты от испарения
Недостаток минерального питания Избыток воды (заболоченность) Недостаток аэрации	Минеральные и органические удобрения Дренаж осушительный Дренаж, оструктуривание, щелевание
Пестрота микрорельефа	Планировка поверхности
Большой уклон поверхности	Террасирование, полосно-контурная обработка, полосная посадка культур
Малый корнеобитаемый слой, ограниченный внутрипочвенными прослоями	Постепенное углубление с применением плантажа, глубокого рыхления, взрывных мелиораций
Резко дифференцированный на горизонты профиль	Постепенное углубление корнеобитаемого слоя, ликвидация дифференциации глубокой обработкой
Токсикоз химический	Химические и агротехнологические мелиорации
Токсикоз биологический	Агротехнологические и биологические мелиорации, севооборот. парование

После освоения целинной почвы ее плодородие изменяется в зависимости от мероприятий по окультуриванию почвы. В ней происходят количественные и качественные изменения, которые могут протекать в благоприятном направлении (накопление элементов питания, улучшение водно-воздушного режима и др.) или в нежелательном (разрушение структуры, эрозия и др.). С урожаями культурных растений выносится много питательных элементов из почвы, и тем больше, чем выше урожай. Кроме того, большое количество теряется в результате вымывания осадками, эрозии и др., что приводит к снижению плодородия почв. Однако могут сложиться условия и для стабильного уровня плодородия. Поэтому выделяют три вида воспроизводства почвенного плодородия: неполное, простое и расширенное.

При неполном воспроизводстве формируется плодородие ниже первоначального, возвращение к исходному уровню означает простое воспроизводство, при создании плодородия выше, чем начальное, – расширенное воспроизводство.

К основным приемам повышения эффективного плодородия относятся рациональное применение органических и минеральных удобрений, известкование и гипсование почв, система обработки, орошение и осушение, введение системы севооборотов, мероприятия по борьбе с эрозией и возделывание наиболее урожайных сортов растений и др. При этом необходимо выполнение следующего принципа землепользования: любая система земледелия должна быть обоснована экологически, т.е. соответствовать почвенно-климатическому природному комплексу.

§3. Бонитировка и оценка почв

Бонитировка (от лат. bonit о s – доброкачественность) почв – это специализированная научно-производственная классификация почв по их продуктивности. Строится на сопоставлении объективных природных свойств и режимов почв, наиболее важных для роста сельскохозяйственных растений со средней многолетней урожайностью основных сельскохозяйственных культур, возделываемых в региональной зоне.

Впервые на примере почв Нижегородской губернии В.В.Докучаев при участии Н.М.Сибирцева разработал научный метод бонитировки почв, на основании которого было показано, что каждая почва имеет большое число свойств, формирующих в совокупности плодородие почв. Однако не все признаки могут быть критериями бонитировки, а только те, которые мало подвержены изменениям во времени, надежно характеризуют уровень плодородия и коррелируют с урожайностью. Кроме того, учитывать необходимо и особенности природной зоны, ее агроклиматические показатели – термические условия и водный режим (сумма температур выше 10 о С, коэффициент увлажнения, степень континентальности климата), так как природные свойства, определяющие плодородие почв, различаются по почвенно-климатическим зонам.

В условиях гумидного климата (таежно-лесная, буроземно-лесная зона), где обеспечение влагой основных сельскохозяйственных культур достаточное, наибольшие корреляционные связи урожайности наблюдаются с содержанием гумуса в пахотном слое, рН солевой вытяжки, гидролитической кислотностью, содержанием физической глины, суммой поглощенных оснований, степенью насыщенности основаниями.

В условиях аридного климата (лесостепная, степная, сухостепная, полупустынная зоны) с недостаточным обеспечением влагой сельскохозяйственных культур свойствами, характеризующими бонитет почвы, являются: содержание гумуса в пахотном слое и запасы его во всей толще гумусового горизонта в т/га, степень насыщенности и емкость поглощения, гранулометрический состав (% физической глины). В засоленных почвах – наличие легкорастворимых солей, в солонцах – наличие поглощенного натрия.

На продуктивность почв, а соответственно, и урожайность культур оказывают влияние и другие факторы, которые сложно определить количественно (степень смытости или дефлированности, оглеености и др.). Такие факторы учитываются отдельно с помощью поправочных коэффициентов, которые вычисляются по сопоставлению урожайности на таких почвах.

Вышеперечисленный перечень признаков почв уточняется в соответствии с местными особенностями и традиционными подходами в оценочных работах. В условиях Беларуси такими признаками являются:

● генетический тип и разновидность почв, определяемые по степени проявления тех или иных процессов почвообразования, физико-химическим свойствам почвообразующих пород, морфологическому строению почвенного профиля,

● гранулометрический состав,

● основные агрохимические свойства – кислотность, степень насыщенности основаниями, содержание гумуса, подвижных форм фосфора и калия, количество общего и легкогидролизуемого азота, обменного кальция, микроэлементов и др.

В Беларуси используется 100-балльная оценочная шкала, где наилучшим почвам дается балл 100, наихудшим – минимальный. Для этого первоначально вычисляют баллы по каждому из выбранных свойств почвы по следующей формуле:

где Б i – балл, который характеризует почву по i-му свойству, C i – количественный показатель i-го свойства, C оп – оптимальное значение этого свойства. Затем рассчитывается средний балл для всех свойств.

В соответствии с методикой, которая разработана в Белорусском научно-исследовательском институте почвоведения и агрохимии и Белорусском государственном проектном институте по землеустройству, оценка земель состоит из следующих частей: оценка плодородия (бонитировка) почв, оценка технологических свойств земельных участков, оценка месторасположения участков, общая оценка.

Оценка плодородия – заключается в выявлении возможностей почвы земельного участка для выращивания следующих сельскохозяйственных культур и групп культур: 1) озимая рожь, 2) озимая пшеница, 3) овес, 4) ячмень и яровая пшеница, 5) кормовой люпин, 6) горох, вика, пелюшка, 7) картофель, 8) корнеплоды, 9) лен, 10) кукуруза, 11) люцерна, клевер, 12) злаковые травы. Степень соответствия почв для выращивания этих культур определяется по 100-балльной шкале, в которой оценку 100 баллов получает самая лучшая почва для той или иной культуры. В случае, если почвы не соответствуют оптимальным параметрам по каким-либо показателям по оценочной шкале, вводят поправочные коэффициенты. В зависимости от величины баллов бонитета с учетом коэффициентов земельные участки разделяются на группы по их пригодности для выращивания разных культур: ● наиболее пригодные – > 70 баллов; ● пригодные – 40 – 70 баллов; ● малопригодные – 20 – 40 баллов; ● непригодные – < 20 баллов.

Оценка технологических свойств земельных участков заключается в определении степени благоприятности проведения полевых работ по выращиванию сельскохозяйственных культур по сравнению с оптимальными условиями. В качестве эталона принят прямоугольный рабочий участок пашни без камней, с длиной не менее 1000 м, углом наклона до 1 0 , неизрезанный препятствиями и без кустов. Затраты на выполнение работ на эталонном участке принимается за единицу, а на рабочих участках с худшими условиями индекс затрат увеличивается в соответствии с ухудшением условий.

Оценка месторасположения рабочих участков определяется их отдаленностью от центральной усадьбы и производственных подразделений и качеством дорог. За эталон принимается отдаленность участка с асфальтированной дорогой не более 1 км.

Общая оценка предусматривает получение следующих экономических показателей:

1) индекс оценочных затрат на 1 га, который рассчитан по величине базовой урожайности, технологическим свойствам и месторасположению земельных участков по отношению к средним условиям. Для определения величины базисной урожайности используют балл бонитета почвы;

2) индекс оценочной себестоимости полученной продукции в отношении к средним условиям, которые получаются на основании оценочных затрат и урожайности сельскохозяйственных культур.

3) индекс дифференциации оценочного чистого дохода на 1 га в отношении к средним и худшим условиям. Этот индекс отражает сравнительную эффективность выращивания сельскохозяйственных культур, которая обусловлена качеством земли как средством производства.

Показатели общей оценки используются для определения денежной стоимости земли и налогов на нее, что важно в условиях рыночной экономики.

Бонитировка почв с кормовыми угодьями имеет два методических подхода. Если кормовые угодья являются улучшенными и культурными, то они оцениваются, как и пахотные почвы, по 100-балльной шкале. Оценка почв с естественными кормовыми угодьями, не подвергавшихся коренному улучшению, проводится по оценочной шкале, которая построена на основании фактической многолетней продуктивности:

где Б К – бонитет кормовых угодий, П К – многолетняя продуктивность (3 – 5 лет) в центнерах кормовых единиц с 1 га, 0,25 – цена балла в центнерах кормовых единиц с

1 га. Оценка земель является составной частью земельного кадастра, который содержит сведения о природном, хозяйственном и правовом состоянии земель. В его состав входят акт на право землепользования, кадастровая земельная карта и кадастровая земельная книга.

Севооборот

Продолжительное возделывание той или иной садово-огородной культуры на одной и той же площади неизменно приводит к снижению физико-химических качеств грунта, его обеднению и истощению, появлению возбудителей заболеваний и насекомых-вредителей. Это, в свою очередь, приводит к ухудшению условий, в которых развиваются растения.

Некоторые культуры при длительном выращивании на одном и том же месте способны вызывать существенные качественные изменения почвы. Так, постоянная высадка капусты на ту или иную площадку вызывает повышение уровня кислотности грунта. А на участке, где всегда растет лук, многократно возрастает риск появления нематод. Кроме того, некоторые растения активизируют вынос питательных веществ из почвы.

Продолжительное выращивание какой-либо определенной садово-огородной культуры на одном и том же участке может быть оправданным только при условии, что это не приводит к увеличению количества колоний вредителей и микроорганизмов, являющихся возбудителями болезней растений. Для того чтобы предотвратить это, лучше воспользоваться особым методом возделывания овощных и цветочных видов – севооборотом, или ежегодным чередованием культур.

Как известно, корневая система растений не только питает их надземные части, но и активно участвует в почвообразовательных процессах, улучшая микрофлору грунта, его структуру и физико-химические параметры. Таким образом, между почвой и растением существует прямая связь, заключающаяся в обмене питательными веществами при содействии влаги, света и тепла. Корни обладают способностью выделять в грунт органические компоненты, среди которых следует назвать кислоты органического происхождения, фенольные соединения, гормоны, сахара, витамины и ферменты.

Продолжительное возделывание на одном и том же участке растения определенного вида приводит к накоплению в почве колинов, которые ухудшают структуру и снижают уровень плодородия почвы. В большинстве случаев основной причиной обеднения грунта и снижения урожайности культуры становится накопление токсичных веществ, выделяемых самими растениями при длительном выращивании их на постоянной площадке.

К огородным видам, отличающимся повышенной чувствительностью к выделяемым ими токсинам, относятся свекла и шпинат. Меньшей степенью чувствительности обладают лук-порей, бобовые и кукуруза. Большое количество токсичных колинов выделяют сладкий перец, капуста, помидоры, морковь и огурцы.

Еще одной причиной, по которой следует использовать метод севооборота, является заселение площадок с постоянно высаживаемой той или иной садово-огородной культурой насекомыми-вредителями и возбудителями заболеваний. Особенно распространенными болезнями, возникающими вследствие возделывания одного вида растения на постоянном участке, считаются те, которые вызваны луковой и морковной мухой, листовой и корневой нематодой, а также возбудителей корневой гнили и корневой килы. Наиболее эффективным способом борьбы с ними считается севооборот.

Обычно вредители и возбудители болезней поражают представителей определенного семейства огородной культуры. В связи с этим не нужно, например, высаживать турнепс, редьку и редис на те грядки, где ранее росла капуста. При возникновении килы капусту рекомендуется высаживать на прежнее место не ранее чем через 6 лет после года заражения. На таком участке можно возделывать такие виды, представляющее другое семейство.

Севооборот позволяет защитить грунт от обеднения и вырождения, а растения от вредителей и болезней. Кроме того, такой метод земледелия способствует предотвращению выноса из почвы питательных компонентов. При этом необходимо знать, какие культуры способны максимально улучшать качество грунта.

Известно, что повышать плодородие почвы могут растения, имеющие хорошо развитую корневую систему, по которой полезные вещества поступают из глубинных почвенных горизонтов в поверхностные. Кроме того, они делают почву более рыхлой. Это особенно важно для тяжелых суглинистых и глинистых грунтов.

При выборе садово-огородных культур для обеспечения севооборота на участке можно воспользоваться табл. 12.

Таблица 12. Культуры и их предшественники в севообороте

Основу севооборота составляет чередование садово-огородных культур, при котором на одном участке в течение 3 сезонов должны последовательно сменить друг друга 3 вида. При климатических условиях нашей страны рекомендуется включать в севооборот следующие растения:

– на первый год – требовательные к качеству грунта культуры;

– на второй год – бобовые, обладающие способностью обогащать почву азотом и улучшать ее структуру;

– на третий год – нетребовательные к грунту виды.

Требовательность растений к почве можно выяснить, ознакомившись с табл. 13.

Таблица 13. Требовательность садово-огородных культур к почве

Севооборот Севооборот – чередование сельскохозяйственных культур на территории и во времени или только во времени; эффективная технология органического садоводства.Системы и схемы севооборота поддерживают плодородие почвы, сокращают количество вредителей и

Из книги Большая Советская Энциклопедия (СЕ) автора БСЭ 1

В традиционном земледелии решение проблемы сохранения плодородия почвы является актуальной задачей. В условиях резкого снижения инвестиций, направляемых на повышение плодородия почвы, первостепенное значение приобретают приемы интенсификации биологических факторов, предусматривающие использование органических удобрений, запашку соломы, насыщение севооборотов многолетними травами, замену чистых паров занятыми и сидеральными, посев промежуточных культур и т.д. Эффективно решить эти вопросы можно только в условиях длительных стационарных опытов на основе полевых севооборотов. В статье изложены рекомендации по совершенствованию севооборотов как основного элемента адаптивно-ландшафтных систем земледелия. Дана сравнительная оценка эффективности использования в различных видах полевых севооборотах биологических методов воспроизводства плодородия почвы и показана их продуктивность на черноземе выщелоченном лесостепной зоны Среднего Поволжья. Длительное изучение различных видов полевых севооборотов позволило сделать вывод о возможности стабилизации плодородия почвы и повышения продуктивности севооборотов путем насыщения их промежуточной сидерацией, сидеральным паром и многолетними травами.

продуктивность

баланс гумуса

плодородие

севооборот

Многолетний стационарный полевой опыт

1. Ворников Д.В., Баздырев Г.И., Павликов А.А. Оценка плодородия и продуктивности севооборотов в степной зоне Среднего Поволжья // Известия Тимирязевской сельскохозяйственной академии. – 2009. - № 2. – С. 39-46.

2. Голомолзин Р.С. Продуктивность зерновых севооборотов и накопление биогенных ресурсов плодородия чернозема в агроэкосистемах лесостепи Поволжья: автореф. дис. на соискан… канд. с-х. наук. – Кинель, 2003. – 22 с.

3. Зеленский Н.А., Луганцев Е.П., Авдеенко А.П. Парозанимающие и сидеральные культуры на эродированных черноземах. ФГОУ ВПО «Донской ГАУ». – Ростов н/Д: Издательский дом «Птица», 2005. – 176 с.

4. Казаков Г.И., Милюткин В.А. Экологизация и энергосбережение в земледелии Среднего Поволжья: монография. – Самара: РИЦ СГСХА, 2010. – 245 с.

5. Лагуткин Н.В. Разумное земледелие. – Пенза, 2013. – 116 с.

6. Орешкин М.В. Агротехнологические основы адаптивного земледелия в условиях бассейна реки Северский Донец: дис… док. с.-х. наук. – Рамонь, 2012. – 291 с.

7. Орлов А.Н., Ткачук О.А., Павликова Е.В. Эффективность звеньев полевого севооборота с чистыми и занятыми парами в лесостепи Среднего Поволжья // Плодородие. – 2010. - № 2. – С. 44–45.

В настоящее время, вследствие всемирного экологического кризиса, кардинально меняется система подходов и научных представлений о дальнейших путях развития и ведения традиционного земледелия в мире. Интенсивное земледелие, которое осуществляется в странах Запада, и экстенсивное его ведение в странах с менее развитым сельскохозяйственным производством приводят к практически одинаковым последствиям: деградации почв, загрязнению агрофитоценозов веществами-токсикантами, снижению эффективности земледелия, разрушению ландшафтной среды. В конечном итоге происходит уничтожение самой возможности ведения традиционного земледелия привычными методами и средствами. Выход из сложившейся ситуации видится в переходе от интенсификации к устойчивому, экологически взвешенному - адаптивному земледелию .

Для достижения этой цели важное место в системах земледелия отводится научно обоснованным севооборотам, обеспечивающим снижение производственных затрат, повышение плодородия почвы и охрану окружающей среды.

В этой связи изучение на черноземе выщелоченном лесостепной зоны Среднего Поволжья влияния различных видов севооборотов на плодородие почвы и их продуктивность является актуальным и перспективным направлением в земледелии.

Исследования проводились в 2003-2013 гг. в многолетнем стационарном полевом опыте кафедры общего земледелия и землеустройства ФГБОУ ВПО «Пензенская ГСХА».

Почва опытного участка представлена черноземом выщелоченным, тяжелосуглинистым по гранулометрическому составу. Перед закладкой опыта (2003 г.) почва опытного участка характеризовалась следующими показателями: содержание гумуса в пахотном слое 7,96-8,09 %, рНсол.5,03-5,04, легкогидролизуемого азота 169-191 мг/кг, подвижного фосфора 73-93 мг/кг, обменного калия 117-146 мг/кг. По состоянию на 2013 г. содержание гумуса в среднем по опыту составило 6,5%, реакция среды кислая (рНсол 4,8-4,9), обеспеченность азотом высокая, фосфором и калием - средняя.

За период исследований (2003-2013 гг.) в опыте использовались районированные в Пензенской области сорта сельскохозяйственных культур: озимая пшеница - Безенчукская 380; ячмень - Харьковский 99, Волгарь; картофель - Удача; яровая пшеница - Л-503, Тулайковская 10, кукуруза - Бемо 181 СВ; вико-овес - смесь вика Орловская (35 %) + овес Аллюр (65 %); донник волосистый - Солнышко, горчица - Рапсодия.

В 2003-2005 гг. в многолетнем стационарном полевом опыте исследования велись в восьмипольном зернопаропропашном севообороте со следующим чередованием культур: чистый пар - озимая пшеница - картофель - яровая пшеница - вико-овес - озимая пшеница - кукуруза - ячмень.

С 2006 по 2013 гг. севооборот был видоизменен на зернопаротравяной со следующим чередованием культур: чистый пар - озимая пшеница - яровая пшеница - вико-овес + донник - донник 1 г. п. - донник 2 г. п. - озимая пшеница - яровая пшеница. С 2011 года существующий зернопаротравяной севооборот был насыщен промежуточной сидерацией. В 2013 году с целью изучения влияния видов пара в севооборот был введен вариант с сидеральным паром.

Уборку зерновых культур проводили с одновременным измельчением и разбрасыванием соломы. Площадь севооборота - 4,8 га. Площадь одного поля - 0,6 га.

Основным звеном биологического земледелия являются научно обоснованные севообороты. В зональных системах земледелия они являются ведущим организующим звеном, основой эффективного применения систем обработки почвы, удобрений, защиты растений, семеноводства, мелиоративных и других мероприятий.

Севообороты позволяют повысить эффективность плодородия почвы, регулирования пищевого, водного и воздушного режимов почвы, подавления сорной растительности, возбудителей болезней и вредителей растений, при этом не требуя дополнительных материальных затрат, что очень важно для получения экологически чистой растениеводческой продукции и снижение ее себестоимости.

Научно обоснованное размещение культур в севооборотах обеспечивает следующие средние прибавки урожайности: озимой пшеницы - 9,7; яровой пшеницы - 7,1; кукурузы - 32; сахарной свеклы - и 100; подсолнечника - 8 ц/га .

В настоящее время во всех странах мира ученые и практики земледелия озабочены все возрастающим снижением содержания гумуса в пахотных почвах. Поэтому необходимо безотлагательно приостановить процесс снижения содержания гумуса в почвах и поддержать его бездефицитный баланс в дальнейшем. Без этого нельзя эффективно использовать в настоящее время все средства интенсификации земледелия. Поэтому севооборотам, их разработке и освоению как основе стабилизации и продуктивности пашни необходимо уделять неотложное и главное внимание.

Одним из этапов в решении задач по оптимизации режима органического вещества является прогнозирование гумусового баланса .

В условиях интенсификации земледелия минерализация гумуса значительно возрастает и составляет в зависимости от типа севооборота 0,5-2,0 т/га в год. Это означает, что убыль гумуса в почве за 15-20 лет может достичь 1,0 %. По данным ВНИИ земледелия и защиты почв от эрозии, при существующей технологии обработки черноземы за 30-40 лет теряют 0,8-1,2 % гумуса в пахотном слое, а на склоновых землях - более 3,5 %. В зависимости от степени интенсификации земледелия (удельный вес пропашных, зерновых, бобовых трав в севообороте, наличие чистого пара, применение минеральных удобрений, орошение и т.д.) и типа почвы содержание гумуса в почве может ежегодно уменьшаться в среднем на 0,5-1,0 т/га .

Результаты расчетов по обоснованию минерализации и образованного гумуса в исследуемых нами севооборотах показали, наибольший отрицательный баланс гумуса сложился в зернопаропропашном севообороте (2003-2005 гг.) и составил -6545,2 кг/га (таблица).

Сильное воздействие на почву оказывают многолетние травы (донник, клевер, эспарцет). В зернопаротравяном севообороте (2006-2010 гг.) за счет введения в структуру посевных площадей многолетних трав (донник) баланс гумуса заметно снизился и составил 1717,6 кг/га. Это связано с тем, что травы обогащают почву органической массой за счет поступления корневых и пожнивных остатков, которые способствуют накоплению элементов питания в пахотном горизонте почвы и дополнительно стимулируют активность азотфиксирующих микроорганизмов. По данным отдела земледелия Тамбовского НИИСХ, урожайность севооборота с двумя полями многолетних трав обеспечивает положительный баланс гумуса. За ротацию (10 лет) его содержание в пахотном слое (0-30 см) увеличилось с 6,85 до 7,20 % .

Таблица - Прогнозируемый баланс гумуса в зависимости от вида севооборота

Вид севооборота	Минерализуется гумуса, кг/га	Количество вновь образованного гумуса, кг/га	гумуса, кг/га
Зернопаропропашной севооборот (2003-2005 гг.)
Зернопаротравяной севооборот (2006-2010 гг.)
Зернопаротравяной севооборот (2011-2013 гг.)
Сидеральный (2012-2013 гг.)

В 2011-2013 гг. в зернопаротравяной севооборот была введена после озимых культур пожнивная сидерация (горчица), которая обеспечила снижение дефицита органического вещества, и баланс гумуса составил -1223,8 кг/га. По данным Н.В. Лагуткина (2013), за короткий вегетационный период горчица накапливает высокий урожай зеленой массы. В среднем за годы исследований (20 лет) он составил 22,5 т/га и 90 % корневой системы. В переводе на сухое вещество - 7,5 т/га. При запашке в почву сидерата, в общей сложности, в почву поступает: азота - 116 кг, фосфора - 40 кг и калия 171 кг - это эквивалентно внесению 30 т/га навоза.

Научными учреждениями Среднего Заволжья было выявлено влияние сидерации на урожайность и почвенное плодородие. В опытах Оренбургского НИИСХ баланс гумуса в сидеральных парах был положительным, а содержание гумуса увеличивалось на 0,5-0,7 % . В наших исследованиях замена чистого пара в зернопаротравяном севообороте на сидеральный (2010-2013 гг.) обеспечила получение положительного баланса гумуса +1703,2 кг/га.

Оценка воспроизводства плодородия почвы тесно связана с агрономической и агроэкологической оценкой севооборотов. Оценка севооборотов должна производиться в сопоставимых единицах по выходу продукции на единицу севооборотной площади выраженной в зерновых, кормовых, денежных, энергетических единицах .

Результаты оценки севооборотов по продуктивности представлены на рисунке.

№1 - Зернопаропропашной севооборот (2003-2005 гг.)

№2 - Зернопаротравяной севооборот (2006-2010 гг.)

№3 - Зернопаротравяной севооборот (2011-2013 гг.)

№4 - Сидеральный севооборот (2012-2013 гг.)

Рисунок - Продуктивность видов севооборотов в зерновых единицах, т/га

В зернопаропропашном севообороте (2003-2005 гг.) за счет насыщения культурами интенсивного типа (картофель, кукуруза) продуктивность была наибольшей и составила 3,40 т зерновых единиц с гектара. В 2006 году после выведения из структуры посевных площадей пропашных культур продуктивность зернопаротравяного севооборота снизилась и составила 2,18 т зерновых единиц с гектара. В дальнейшем для увеличения продуктивности (2,55 т зерновых единиц с гектара) зернопаротравяного севооборота (2011-2013 гг.) он был насыщен многолетними травами и промежуточной сидерацией. Введение в существующий севооборот варианта с сидеральным паром позволил увеличить продуктивность севооборота до 2,78 т зерновых единиц с гектара.

Длительное изучение (более 10 лет) различных видов полевых севооборотов позволило сделать вывод о возможности стабилизации плодородия почвы и повышения продуктивности севооборотов путем насыщения их промежуточной сидерацией, сидеральным паром и многолетними травами.

Рецензенты :

Смирнов А.А., д.с.-х.н., профессор, директор ГНУ Пензенский НИИСХ Россельхозакадемии, г. Пенза.

Семина С.А., д.с.-х.н., профессор кафедры «Переработка сельскохозяйственной продукции» ФГБОУ ВПО «Пензенская ГСХА», г. Пенза.

Библиографическая ссылка

Павликова Е.В., Ткачук О.А. ОЦЕНКА ВЛИЯНИЯ ПОЛЕВЫХ СЕВООБОРОТОВ НА ПЛОДОРОДИЕ ПОЧВЫ И ИХ ПРОДУКТИВНОСТЬ В ЛЕСОСТЕПНОЙ ЗОНЕ СРЕДНЕГО ПОВОЛЖЬЯ // Современные проблемы науки и образования. – 2014. – № 3.;
URL: http://science-education.ru/ru/article/view?id=13080 (дата обращения: 01.02.2020). Предлагаем вашему вниманию журналы, издающиеся в издательстве «Академия Естествознания»

При сельскохозяйственном использовании почвы без удобрения она постепенно истощается и урожаи падают. Это было отмечено еще в древности. Так, Тацит (I в. н. э.) писал, что германцы для посева растений каждый год меняют поля.

На юге России, в степной зоне, возникла «переложная» система, при которой более или менее тщательно обработанную целину несколько лет подряд засевали пшеницей, рожью или овсом, а после истощения запускали в перелог (залежь).

В России существовала также «огневая», или «подсечная», система земледелия, которую применяли в более северной зоне. Поваленные летом деревья и кустарники осенью «теребили». Годную древесину вывозили, а оставшуюся на поле сжигали. После использования почву в течение ряда лет оставляли на «отдых» для восстановления плодородия.

При увеличении народонаселения потребность в земельной площади возросла, и возникла система «ускоренного» отдыха почвы в виде так называемой трехполки, при которой чередовались пар (залежь), озимые и яровые культуры. Эту систему широко применяли до начала XX в., когда постепенно стали внедрять более сложные севообороты, сохраняющие плодородие почвы.

После Великой Октябрьской социалистической революции на смену трехполью пришли травопольная и плодосменная системы, включавшие посев травосмесей. При травополье травами занимают до 30-40% почвы, при плодосмене - 20-25 %. В каждой почвенно климатической зоне требуется свое чередование культур.

Целесообразность и даже необходимость введения севооборотов возникла, когда было установлено неблагоприятное воздействие на плодородие почвы длительного возделывания на поле одной и той же культуры. Ярким подтверждением этому служит опыт, заложенный Д. Н. Прянишниковым в ТСХА на дерново-подзолистых почвах. Средние урожаи сельскохозяйственных культур, полученные спустя 50 лет после начала опыта, приведены в таблице 17.

Совершенно очевидно, что в севообороте с клевером урожаи были значительно лучшие, чем при бессменных культурах.

Аналогичные данные были получены в многолетнем опыте, проведенном на черноземе Мироновского института селекции и семеноводства пшеницы, где опыт также продолжался около 50 лет. Урожайность озимой пшеницы при бессменной культуре без удобрений составляла 20 ц/га, с внесением навоза - 26,9 ц/га; в севообороте - 35,5 и 54,4 ц/га соответственно.

Крестьяне вполне оценили значение чередования культур и не зря сложили поговорку: «Хлеб по хлебу сеять - ни молоть, ни веять». Однако некоторые растения, например кукуруза и картофель, менее чувствительны к монокультуре. Иногда предшественник улучшает рост последующей культуры, что в значительной степени относится к бобовым культурам. Отмеченное явление, получившее в случае угнетения название «почвоутомления», известно давно. Еще в 1796 г. о нем писал Н. М. Максимович - Амбодик в работе «Первоначальные ботаники основания».

Как же предшественник может влиять на последующую культуру, и какая роль принадлежит микробиологическому фактору? Здесь мы встречаемся с комплексом явлений. Некоторые растения односторонне обедняют почву отдельными элементами питания. Под пропашными культурами почва не только истощается, но и ее структура существенно ухудшается. Не рекомендуется возделывать друг за другом сельскохозяйственные растения, имеющие общих вредителей, в том числе микробиологических.

О том, что утомление почвы может быть вызвано микроорганизмами, свидетельствует опыт Н. А. Красильникова. В колбы с агаризованной минеральной питательной средой были внесены семена клевера. В часть колб поместили небольшое количество «утомленной» почвы. Это вызвало быструю гибель проростков под влиянием микроорганизмов. Та же почва, но простерилизованная, неблагоприятного эффекта не давала (табл. 18).

Однако имеются и другие причины, определяющие влияние одного растения па другое, в частности химического характера. Это так называемое аллелопатическое действие растений. Термин «аллелопатия» был предложен немецким ученым Г. Молишем для определения химического воздействия одного растения на другое. Многие покрытосеменные растения способны вырабатывать те или иные токсические вещества, в том числе алкалоиды. Эти соединения не только аккумулируются в растительных тканях, но и частично выделяются в почву.

Отмеченное свойство присуще большинству культурных растений. Так, корневая система овса выделяет скополетин (вещество, близкое к кумарину), леи - ряд ароматических соединений (феруловую, гидрооксибензойную кислоты и т. д.), люцерна - алкалоиды, сахарная свекла - циклические соединения (гидрооксибензойную, кумаровую, феруловую, ванилиновую кислоты) и т. д.

Н. Г. Холодный, а затем другие исследователи установили, что аллелопатическое действие оказывают многие летучие соединения растений. Среди них имеются альдегиды, терпены, этилен, эфирные масла и т. д.

В пожнивных остатках культурных растений обнаружены некоторые вещества, токсически действующие на растения. В соломе злаковых растений к таким веществам относятся циклические соединения: кумаровая, гидрооксибеизойная, феруловая, сиреневая кислоты и др. Сильное аллелопатическое действие оказывают хиноны.

Г. Грюммер предложил называть вещества растительных организмов, оказывающие химическое воздействие на другие растения,

«колинами». В высоких концентрациях они угнетают рост растений, а в малых стимулируют.

Очевидно, научно обоснованное чередование культур должно строиться на учете аллелопатического фактора. Известно, что после сахарной свеклы плохо растет кукуруза, после овса резко падает всхожесть семян пшеницы, при вторичном посеве ячменя резко снижается его урожайность. Острое утомление почвы наблюдается при монокультуре сахарной свеклы, льна, гороха, клевера, люцерны, многих плодовых растений. Однако кукуруза, картофель, рожь, табак, виноград и некоторые овощи не испытывают угнетения в монокультуре.

Благоприятное влияние на последующие культуры, как правило, оказывают бобовые (особенно многолетние) растения в связи с тем, что они в симбиозе с клубеньковыми бактериями обогащают почву азотом. Это приводит к значительному повышению урожайности последующих культур. По данным Д. Н. Прянишникова, после того как в Европе были введены плодосменные севообороты с посевом клевера, средняя урожайность зерновых культур поднялась с 7 до 16 ц с 1 га. В ТСХА на дерново-подзолистой почве шестипольный севооборот с клевером однолетнего пользования позволил на протяжении 50 лет собирать урожай ржи 13,4 ц/га (без внесения минеральных удобрений). В том же севообороте, но без клевера было получено лишь 6,7 ц/га.

На черноземе Воронежской области в четырехпольном севообороте без бобовых растений и удобрения озимая пшеница давала около 20 ц/га. При использовании в севообороте однолетнего клевера урожайность повышалась до 25, а двулетнего клевера - до 28 ц/га. Такие урожаи устойчиво держались на протяжении 17 лет.

Общеизвестна высокая эффективность как предшественников хлопчатника люцерны и рапса. В значительной мере это связано с тем, что корневая система этих растений выделяет в почву соединения (алкалоиды и другие вещества), угнетающие возбудителей вилта хлопчатника. Помимо этого, люцерна обогащает почву азотом.

Большая эффективность бобовых культур как предшественников сельскохозяйственных растений показана и зарубежными опытными учреждениями. В таблице 19 приведены данные Ротамстедской

Опытной станции (Англия), наглядно свидетельствующие об этом.

На основании экспериментальных данных Д. Н. Прянишников сделал вывод о значительно большей ценности в качестве предшественников бобовых трав чистого посева по сравнению с их смесями со злаковыми травами.

В заключение отметим, что в середине XIX в., когда после работ немецкого ученого Ю. Либиха стали широко использовать минеральные удобрения, нередко не принимали во внимание значение севооборотов. Сначала урожаи резко возрастали, но вскоре начинали снижаться даже при увеличении норм удобрений. Оправдалась точка зрения профессора Московского университета Я. А. Линовского, который указывал, что при решении вопросов плодородия почв следует учитывать не только минеральное питание растений, но и другие факторы, в том числе севооборот.