Вальков В.Ф., Денисова Т.В. Плодородие почв и сельскохозяйственные растения: экологические аспекты

Подождите немного. Документ загружается.

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

Федеральное государственное автономное образовательное

учреждение высшего профессионального образования

«ЮЖНЫЙ ФЕДЕРАЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ»

Биолого-почвенный факультет

В. Ф. Вальков, Т. В. Денисова,

К. Ш. Казеев, С. И. Колесников,

Р. В. Кузнецов

ПЛОДОРОДИЕ ПОЧВ

И СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННЫЕ РАСТЕНИЯ:

ЭКОЛОГИЧЕСКИЕ АСПЕКТЫ

Ростов-на-Дону

Издательство Южного федерального университета

2010

УДК 631.4:577.4:502.7

ББК 40.3

В 16

Ответственный редактор

доктор биологических наук, профессор Вальков В. Ф.

Вальков В. Ф., Денисова Т. В., Казеев К. Ш., Колесников С. И.,

Кузнецов Р. В.

В 16 Плодородие почв и сельскохозяйственные растения: экологиче-

ские аспекты / В. Ф. Вальков, Т. В. Денисова, К. Ш. Казеев, С. И.

Колесник

ов,

Р. В. Кузнецов. – 2-е изд. – Ростов н/Д: Изд-во ЮФУ,

2010. – 416 с.

ISBN 978-5-9275-0399-5

В монографии анализируются факторы и условия плодородия почв,

приводятся экологические требования к почвам сельскохозяйственных

растений, возделываемых в России и за рубежом.

Адресована студентам, аспирантам и специалистам в области

сельского хозяйства, почвоведения, агрохимии, биологии, земле-

устройства и агроэкологии и др.

ISBN 978-5-9275-0399-5 УДК 631.4:577.4:502.7

ББК 40.3

Южного федерального университета, 2010

Монография подготовлена и издана в рамках национального проекта

«Образование» по «Программе развития федерального государственного

образовательного учреждения высшего профессионального образования

«Южный федеральный университет» на 2007-2010 гг.»

Печатается по решению редакционно-издательского совета

Южного федерального университета

оглавление

ВВеДенИе .........................................................................................

1.БИогеоЦеноТИчеСКоеплоДоРоДИе

.............................

1.1. Экологическая конкретность биогеоценотического

плодородия почв ........................................................................ 10

1.2. плодородие почв лесных биогеоценозов ............................

1.3. плодородие почв травянистых биогеоценозов ..................

2.плоДоРоДИепочВагРоЦенозоВ

...................................

2.1. виды и формы агроценотического плодородия почв ........

2.2. Экологическая конкретность плодородия почв ..................

2.3. связь плодородия почв с центрами происхождения

культурных растений ................................................................. 39

3.плоДоРоДИеКаКопТИМУМоБеСпеченноСТИ

РаСТенИйгУМУСоМИэлеМенТаМИпИТанИя

............. 67

3.1. гумус и плодородие почв ..........................................................

3.2. Элементный состав почв

и его экологическое значение ................................................. 80

3.3. азотно-фосфорно-калийное питание растений

как фактор плодородия почв ................................................... 85

3.4. Тяжелые металлы в почвах .....................................................

9 0

3.5. радиоактивные элементы в почвах .......................................

4.эКологИчеСКИеФаКТоРыплоДоРоДИяпочВ

.........

110

4.1. гранулометрический состав почвенной массы ....................

110

4.2. обменная поглотительная способность почв

.....................

120

4.3. реакция почвенной среды (pH)

...............................................

122

4.4. солонцеватость почв

................................................................

129

4.5. засоленность почв ....................................................................

132

4.6. карбонатность и выщелоченность почв ...............................

142

4.7. неспецифические органические соединения

и биологическая активность почв ........................................... 148

4.8. применение показателей ферментативной активности

в целях мониторинга и диагностики почв юга россии ...... 155

5.ФИзИчеСКИеФаКТоРыплоДоРоДИя

почВ:обеспеченностьрастенийводой

ивоздухом

.................................................................................... 165

5.1. Мощность почв и корнеобитаемой толщи ............................

165

5.2. вода в почвах ...............................................................................

186

5.3. газовая фаза и аэрация почв ....................................................

198

5.4. структура почв .............................................................................

203

5.5. плотность почв ............................................................................

206

5.6. грунтовые воды и их экологическая значимость ..................

213

6.СоЦИально-эКоноМИчеСКИеаСпеКТы

плоДоРоДИяпочВагРоЦенозоВ

..................................... 218

6.1. Формирование плодородия почв агроценозов ......................

218

6.2. культура земледелия и уровень социально-

экономического развития общества ....................................... 222

6.3. ретроспективный анализ урожайности зерновых культур

на северном кавказе ..................................................................

227

6.4. агрохимическая и зеленая революции – основа резкого

подъема плодородия почв ........................................................ 229

6.5. о соотношении количества и качества урожая ....................

230

7.почВеннаяэКологИязеРноВыхКУльТУР

...................

243

7.1. Хлеба 1-й группы: пшеница, ячмень, рожь, овес ...................

243

7.2. Хлеба 2-й группы (просовидные): кукуруза, просо,

сорго, рис, гречиха ...................................................................... 256

7.3. зерно-бобовые культуры: горох, соя, фасоль, нут ......................

269

8.почВеннаяэКологИяМаСлИчныхРаСТенИй:



подсолнечник,клещевина,горчица,арахис,сафлор,

кунжут.............................................................................................. 276

9.почВеннаяэКологИяэФИРоМаСлИчныхКУльТУР:

кориандр,анис,тмин,мятаперечная,шалфей

мускатный,лаванда,розаэфиромасличная

...................... 289

10.почВеннаяэКологИяпРяДИльныхКУльТУР:

хлопчатник,лен,конопля...................................................... 295

11.почВеннаяэКологИяСахаРоноСных

ИКРахМалоноСныхКУльТУР:сахарнаясвекла,

сахарныйтростник,картофель,батат,маниок,ямс

..... 302

12.почВеннаяэКологИяБахчеВыхКУльТУР:

арбуз,дыня,тыква

................................................................... 314

13.почВеннаяэКологИяТаБаКаИМахоРКИ 318

14.ТРеБоВанИяКпочВаМКоРМоВыхТРаВ

.................... 323

14.1. бобовые травы: люцерна, клевер, эспарцет, донник,

лядвенец, вика .......................................................................... 324

14.2. злаковые травы: тимофеевка, овсяница, ежа, житняк,

костер, пырей, суданская трава ............................................ 333

15.почВеннаяэКологИяМноголеТнИхплоДоВых

наСаЖДенИй

............................................................................ 339

15.1. плодовые семечковые культуры:

яблоня, груша, айва ................................................................. 339

15.2. плодовые косточковые культуры: слива, вишня,

черешня, абрикос, алыча, персик ........................................ 348

15.3. орехоплодные культуры: грецкий орех, фундук ...............

354

16.почВеннаяэКологИяВИногРаДа............................. 357

17.почВеннаяэКологИячая

ИСУБТРопИчеСКИхплоДоВыхКУльТУР

..................... 373

17.1. Чай ................................................................................................ 373

17.2. субтропические плодовые культуры: цитрусовые,

инжир, гранат, хурма, фейхоа ............................................... 375

18.ВозДейСТВИеЦИКлоВлУнынаУРоЖайноСТь

оВоЩныхКУльТУР

................................................................ 378

пРИлоЖенИе

................................................................................... 380

лИТеРаТУРа

...................................................................................... 393

ВВеДенИе

Почвы представляют собой сложную особую биокосную оболоч-

ку земного шара, покрывающую сушу материков. Горные породы,

подвергаясь воздействию многих поколений живых организмов,

испытывая длительное влияние атмосферы и гидросферы, пре-

ображаются в почвенный покров. Почвы имеют особый органо-

минеральный состав. В процессе почвообразования происходит

накопление гумуса и других сложных органических соединений.

Почвы обогащаются также биогенными вторичными алюмосили-

катными и силикатными минералами, биофильными элементами

и, таким образом, приобретают специфическое свойство – пло-

дородие. Как следствие плодородия, почвенный покров обладает

способностью обеспечивать рост и продуктивность растений, т. е.

производить фитомассу. Это свойство почвы служит основным

условием продуктивности фитоценозов и сельского хозяйства со

всеми его отраслями.

В современном почвоведении принято следующее определе-

ние почвы. Почва – это обладающая плодородием сложная по-

лифункциональная и поликомпонентная открытая многофазная

система в поверхностном слое коры выветривания горных пород,

являющаяся комплексной функцией горной породы, организмов,

климата, рельефа и времени. Полифункциональность почвы за-

ключается в том, что она является одновременно природным те-

лом, средой обитания многих живых организмов, средством сель-

скохозяйственного производства и т. д. Поликомпонентность поч-

вы определяется огромным разнообразием входящих в ее состав

органических и неорганических веществ. Эти вещества представ-

лены различными физическими фазами (многофазность): твер-

дой (минеральные и органические частицы), жидкой (почвенный

раствор), газообразной (почвенный воздух) и особо выделяемой

живой фазой (организмы). Почва является открытой системой,

поскольку постоянно обменивается веществом и энергией с окру-

жающей ее средой.

В почвах происходят различные явления очень интенсивного

разрушения сложных химических соединений как органической,

так и минеральной природы. Результатом всех биологических

превращений органических веществ растительных, животных

остатков и почвенного гумуса является их минерализация, т. е.

переход в почвенные растворы простых химических соединений,

солей, кислот. Минерализация сопровождается выделением угле-

кислого газа и воды. Разрушаются также силикатные и алюмо-

силикатные минералы, которые достались в наследство почве от

материнской породы. В биосфере вряд ли можно найти еще место,

где биогеохимические процессы разрушения веществ разной при-

роды проходят столь интенсивно.

Соотношение химических элементов в живом веществе и гор-

ных породах различно. В почвах постоянно аккумулируются, од-

новременно закрепляются и переходят в подвижное состояние хи-

мические элементы, обеспечивающие жизнь. Важнейшая особен-

ность почвы, основа ее плодородия – избирательное оптимальное

присутствие необходимых для жизни элементов в почвенных го-

ризонтах, где сосредотачивается основная масса корневых систем

фитоценоза. Это возможно только при участии живых организмов

и, главным образом, растений. Их корни ищут эти элементы глу-

боко в породах, перехватывают каждую частицу вещества, необ-

ходимого для жизни. Нежные корневые волоски смогут выбрать

нужный химический элемент, они его поглотят, усвоят. В этом

заключается важнейшая закономерность биологического погло-

щения, здесь начинается великолепный процесс биологической

аккумуляции химических элементов жизни.

Растения, накапливая в своем веществе элементы-биофилы,

затем передают их почвенному гумусу и другим соединениям, тем

самым постоянно улучшая среду своего обитания. Почвы с гу-

мосферой, представляющей генетические горизонты А

– лесная

подстилка или степной войлок, А

– грубогумусовый аккуму-

лятивный и А – гумусово-аккумулятивный, закрепляют нужные

для жизни химические элементы и становятся начальным звеном

последующего усвоения и миграции этих элементов по цепям пи-

тания многих групп организмов. Но, в конце концов, они снова

приходят к почве.

Разнообразие жизни на планете Земля зависит от широкой

неоднородности биоклиматических условий. Приток солнечной

энергии на земной поверхности изменяется от 5 °С в полярных

областях до 14 000 °С в тропиках, если этот приток солнечной

энергии выразить в среднегодовой сумме температур выше +10 °С,

как это чаще всего делают географы-агробиологи. Количество вы-

падающих осадков также меняется в пределах от 5 мм, например

в некоторых частях Сахары, до 14 000 мм в предгорьях Гималаев.

Такая неоднородность биоклиматических условий в сочетании

с геоморфологическим разнообразием поверхности Земли опре-

деляет сложное переплетение жизненных процессов и явлений

физического, химического и иного преобразования литосферы.

Формируют широкое разнообразие почв, часто резко контрастных

по своему строению и качествам. Но все почвы объединяет общее

свойство – плодородие.

Плодородие – это способность почвы удовлетворять потреб-

ность конкретных растений в элементах питания, воде, обеспе-

чивать их корневые системы воздухом и теплом. Питание, вода,

воздух, тепло – главнейшие слагаемые плодородия почв. Здесь

необходимо подчеркнуть следующее. Под почвенным питанием

понимается обеспечение растений минеральными формами P, K,

Ca, Mg, Na и практически всеми другими химическими элемента-

ми, имеющимися в природе. В то же время основная масса живого

вещества планеты построена из химических элементов, имеющих

атмосферное происхождение. Ведущие компоненты атмосферы:

, CO

, H

O – это газы. Именно из них строятся органические

вещества живых организмов, в которых по массе господствуют C,

O, H, N. Академик В. И. Вернадский подчеркивал, что «...почти

все вещества организмов создаются из газов. Еще ярче эта связь

выражена в факте, что все земные газы (исключая вулканические

эманации) так или иначе связаны с организмами и процессами

жизни».

Кислород – продукт фотосинтеза растений. Весь кислород ат-

мосферы происходит из молекул воды. Вода тоже предоставляет

живым организмам водород. Кислород и углерод живого вещества

происходят из углекислоты. CO

при, в общем-то, незначитель-

ном содержании в атмосфере (0,03 %) – фундамент всей жизни

планеты. «Без угольной кислоты не было бы жизни», – пишет

В. И. Вернадский. Далее отмечает: «Зеленая растительность пе-

рерабатывает и поглощает главным образом углекислоту, проис-

ходящую от дыхания почвы. Дыхание почвы есть биохимический

процесс, связанный с выделением углекислоты бактериями, поч-

венной микрофауной и грибами».

Первоисточник H

O – соленые воды Океана. Однако вся прес-

ная вода, без которой немыслима жизнь, имеет атмосферное про-

исхождение. Это не что иное, как конденсированная из газооб-

разного состояния атмосферная влага. Среднее ее содержание в

атмосфере около 3 %.

Наконец, азот как компонент живых организмов имеет атмо-

сферное происхождение, хотя и усваивается в большинстве своем

из минеральных соединений почвы. В минеральных породах ли-

тосферы азота не было. Организмы, фиксирующие азот из атмо-

сферы, обогащают им почву.

Таким образом, атмосферу можно представить как относи-

тельно инертное азотное вместилище, в котором энергично цир-

кулируют O

, CO

, H

O. Циркуляция этих газов – часть, причем

господствующая по массе, биологического круговорота веществ

и энергии, охватывающего всю нашу планету Земля и обеспечи-

вающего биосфере стабильное состояние многие и многие тыся-

челетия.

Почва считается плодородной, если растения на ней не

страдают от холода и перегрева, а корневые системы по-

лучают в нужном количестве элементы питания, воду, не

испытывают недостатка в кислороде воздуха. Недостаток

или избыток одного из слагаемых компонентов плодородия

ограничивает возможности получения урожая и часто при-

водит к гибели растений.

Плодородие почвы – интегрирующая системная способность

почвенных процессов и свойств с заложенным в нем результатом

длительного периода почвообразования, это многопараметрные

свойства, включающие как количественные, так и качественные

характеристики, отражающие особенности функционирования

конкретной почвы, ее внутреннюю структуру и внешние связи.

В многогранном понятии плодородия каждая его составляю-

щая важна и незаменима. А поэтому не следует искать главное.

Выделим лишь крайне разносторонние функции живого и мерт-

вого органического вещества, продуктов жизнедеятельности,

трансформации органических соединений, их минерализации и

новообразования, где вещественно и энергетически преобладает

фотосинтез зеленых растений. В этой сложнейшей цепи кругово-

рота и превращения материи выделяется группа специфических

органических соединений почвы – ее гумус. Специфических пото-

му, что они присущи в природе только почвам. От возникновения

гумуса, цикла его существования и исчезновения (минерализа-

ции) зависит разностороннее явление – плодородие почвы.

1.БИогеоЦеноТИчеСКоеплоДоРоДИе

1.1.экологическаяконкретность

биогеоценотическогоплодородияпочв

Классическое определение понятия плодородия почвы не подле-

жит сомнению: плодородие – это способность почвы удовлетворять

потребности конкретных растений в элементах питания, воде, воз-

духе и тепле. Однако при анализе проблемы плодородия необходи-

мо четко разделять два подхода:

1. Почва – компонент биогеоценоза, составная часть ландшаф-

та и одновременно самостоятельное естественно-историческое

образование на поверхности суши Земли. В этом случае поч-

ва рассматривается как биогеоценотическое понятие.

2. Почва – средство производства в сельском хозяйстве, орудие

труда и предмет труда, создающие конкретные потребитель-

ские стоимости. В этом случае почва выступает как компо-

нент агроценоза вместе с человеком его деятельностью, а

плодородие рассматривается как агроценотическое понятие,

как средство производства в сельском хозяйстве.

Представление о плодородии в этих двух случаях весома не-

однозначны. Так уже сложилось в научном и практическом вос-

приятии, но плодородие имеет прежде всего земледельческие ас-

пекты, выражаемые в количестве и качестве урожая. Стало ак-

сиомой положение: нет вообще плодородных почв, а есть почвы,

конкретно плодородные для тех или иных растений (зерновые

культуры, плодовые, виноград, картофель, рис и т. д.), В этой

связи прочно укоренилось понятие о видах плодородия (потен-

циальное, эффективное, экономическое) и формах его появления

(в урожайности сельскохозяйственных растений и в характери-

стиках почвенной массы).

В земледелии и почвоведении с давних времен феномен пло-

дородие всегда приписывался почве, ее способности обеспечивать

растения элементами питания, водой, воздухом и соответствовать

экологическим особенностям возделываемых культур. Однако само

плодородие почвы имеет биогеоценотическую природу и не мысли-

мо вне прошлых и настоящих связей с комплексом биологических

процессов в их системной взаимосвязанной форме при ведущей ве-

щественно-энергетической роли растительных организмов. Именно

растения создают и затем поддерживают и используют плодородие,