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

Подождите немного. Документ загружается.

211

Таблица 5.27

нормальныеипредельнодопустимыевеличиныплотностидляростакорней

плодовыхкультурналегкихпочвах(Ващенко)

Генетические

горизонты

Плотность, г/см

оптимум допустимая критическая корни не растут

А–В

– Вк

Менее 1,40

Менее 1,50

Менее 1,60

1,50

1,50–1,65

1,60–1,65

Более 1,60

1,65–1,70

1,75–1,80

–

1,77–1,85

1,82–1,90

К культурам, успешно произрастающим только на рыхлых поч-

вах, относится виноград. Корни этого растения четко реагируют на

различную уплотненность обитаемой толщи (табл. 5.28).

Таблица 5.28

Влияниеплотностипочвнаразвитиекорнейвинограданачерноземе

обыкновенномюжно-европейскойфации(Молдавия,поУнгуряну,1979)

Почвенный слой Плотность

Степень

уплотнения

Характер развития корней

Плантажный

слой, 0–60 см

1,0–1,4

Рыхлое

и среднеплотное

Корни развиваются нормально во всех

направлениях

1,4–1,5 Плотное

Корни по трещинах, кротовинам и ходам

червей

1,5–1,6 Очень плотное

Заметно сильное ограничение развития

корней

Материнская

порода

(лессовидный

суглинок)

1,3–1,6 Среднеплотное

Корни развиваются нормально, чаще в

виде жгутов по ходам дождевых червей

1,6–1,7 Плотное Развитие корней сильно ограничено

>1,7 Очень плотное Корни практически не развиваются

Изучение зависимости продуктивности винограда от физи-

ческих свойств показало тесную прямую корреляционную зави-

симость урожайности и общей порозности и обратную с плотно-

стью почв. При уплотнении активной корнеобитаемой толщи до

1,35 г/

см

и порозности свыше 50 % уровень плодородия почв для

культур винограда остается высоким. Но уже при средней плотно-

сти 1,6 г/см

и порозности 45–50 % урожайность снижается в два

212

раза, а при плотности более 1,7 г/см

виноград гибнет. Уплотнение

почвы отрицательно сказывается на накоплении сахара в ягодах и

способствует росту кислотности. По коэффициентам детерминации

81 % в изменении урожайности и до 45–50 % изменений в сахари

стости и кислотности могут определяться варьированием плотно-

сти и общей порозности. Следовательно, физические свойства почв

оказывают значительное влияние на урожайность винограда и его

качества. Поэтому один из путей повышения продуктивности ви-

ноградных агроценозов – улучшение физических свойств почвы за

счет уменьшения и в будущем даже полного исключения уплотне-

ний почв сельскохозяйственными машинами и внедрения мосто-

вой технологии виноградарства.

Изучение многолетней урожайности плодовых деревьев на поч-

вах с разным уплотнением позволило определить уровень плодоро-

дия почв в зависимости от этого показателя (табл. 5.30).

Таблица 5.30

Уровеньплодородияпочвдлямноголетнихнасажденийприразличной

степениуплотненияосновногокорнеобитаемогослоя(25–150см)

Сложение профиля

Плотность,

г/см

Уровень плодородия

плодовые

виноградники

семечковые косточковые

Очень рыхлое

1,15 1,00 1,00 –

1,20 1,00 1,00 1,00

Рыхлое 1,25 1,00 1,00 1,00

Слабоуплотненное

1,30 1,00 1,00 1,00

1,35 0,95 0,92 1,00

Уплотненное 1,40 0,78 0,73 0,90

Сильноуплотненное

1,45 0,65 0,56 0,70

1,50 0,48 0,43 0,50

Очень плотное

1,55 0,39 0,35 0,35

1,60 0,28 0,21 0,10

1,65 0,20 0,17 0,05

Более 1,70 0 0 0

Таким образом, плотность пахотного слоя поддается регу-

лированию с помощью обработки почвы: вспашки, прикатыва-

ния, культивации. Плотность пахотных горизонтов также в

213

некоторых случаях можно регулировать глубокой безотвальной

обработкой и рыхлением, плантажем. Однако в создании уро-

жая участвуют не только верхние слои, но и вся корнеобитае-

мая толща, горизонты почвы глубже 40–50 см. Их физическое

состояние определяет качество почвы в целом. Проникновение

корней в уплотненные горизонты с плотностью 1,40–1,55 (1,60)

затруднено, их развитие угнетается, а при плотности более

1,55 (1,60) рост корневой системы растений невозможен. На чер-

ноземах оптимальной плотностью для большинства растений

горизонта АВ считаются величины порядка 1,30–1,35. Обычно

увеличение плотности почвы в ее корнеобитаемом слое снижает

урожайность зерновых культур.

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

Влияние грунтовых вод на растения определяется многими

факторами, и это влияние может быть как положительным, так

и отрицательным. Растения угнетаются и гибнут, если в корне-

обитаемом слое накапливаются за счет грунтовых вод повышен-

ные концентрации легкорастворимых солей и происходит забо-

лачивание с развитием бескислородной обстановки и накоплени-

ем ядовитых закисных соединений

железа и марганца. Уровень

грунтовых вод, при котором начинается угнетение и гибель рас-

тений, называется критическим. В условиях умеренно-сухих и

засушливых (при коэффициенте увлажнения менее 1,0) крити-

ческая ситуация возникает, главным образом, из-за высокой ми-

нерализации грунтовых вод (более 0,5–1,0 г/л). Однако в приру-

словых частях пойм и среди песчаных массивов грунтовые воды

могут быть пресными и их негативное влияние в этих случаях

определяется только возможным фактором заболачивания. Во

влажных условиях при климатическом коэффициенте увлажне-

ния более 1,0 повышение минерализации в водах встречается

редко, и их влияние на растения зависит от глубины залегания

зеркала грунтовых вод.

Наблюдения за влиянием грунтовых вод на сельскохозяйст-

венные культуры показывают, что при залегании грунтовых вод

глубже 3–4 м их режим является нейтральным, индифферент-

ным по отношению к растениям. При глубине грунтовых вод

ближе 0,5–1,0 м от поверхности в большинстве случаев режим

грунтовых вод оценивается как критический. Если грунтовые

214

воды залегают на глубине от 0,5 (1,0) до 3,0 (4,0) м, то их ре-

жим в зависимости от степени минерализации воды может ха-

рактеризоваться или как оптимальный, или как критический.

Слабоминерализованные грунтовые воды (менее 0,5 г/л) в пре-

делах этих глубин оказывают разное положительное влияние в

зависимости от сельскохозяйственных растений, а воды повы-

шенной минерализации всегда действуют негативно, но в разной

степени, в зависимости от экологических особенностей растений

и степени минерализации воды.

В определении критического и оптимального уровней грун-

товых вод важное значение имеют интенсивность капиллярного

поднятия, мощность капиллярной зоны, которая или улучшает

водоснабжение растений, или вызывает десуктивное соленакоп-

ление. Капиллярное поднятие от зеркала грунтовых вод зависит

от механического состава почвы и подпочвы. В песчаных грунтах

оно составляет 50–90 см, в супесчаных – 100–120 см, в суглини

стых – 150–200 см, В лессовых породах эти величины могут быть

значительно больше. Сильно варьирует уровень поднятия капил-

лярной каймы в торфяных почвах – от 50 до 150 см.

В зоне от грунтовых вод до верхней границы капиллярной кай-

мы уровень влажности неодинаков. В нижней части каймы водой

заполнены все почвенные поры, в средней – мелкие и средние, а

в верхней – только мелкие. Таким образом, в верхней зоне соз

даются оптимальные условия водно-воздушного режима, питания

растений – около 60–80 % от полевой влагоемкости, т. е. при дос

таточной влажности сохраняется хорошая аэрация. В связи с этим

уровень незасоленных грунтовых вод должен находиться на такой

глубине, чтобы верхняя часть капиллярной каймы внедрялась в

зону массового распространения корней.

При грунтовых водах повышенной минерализации или сла-

бо-минерализованных, но со щелочным составом, действует об-

щее правило для всех растений. В зоне основного обитания кор-

ней не должна быть капиллярная кайма, не должно происхо-

дить десуктивно-выпотпое накопление солей. Появление солей

в корнеобитаемом слое неизбежно приводит к снижению уровня

плодородия почв в соответствии с закономерностями, характер-

ными для засоленных почв.

Данные о минимально допустимой глубине залегания грун-

товых вод для многолетних насаждений в зависимости от их

подвижности, химического состава и минерализации приведе-

ны в табл. 5.31.

215

Таблица 5.31

Минимальнодопустимаяглубиназалеганиягрунтовыхводдляплодовых

насажденийвзависимостиотихподвижностиихимическогосостава

(поВальковуинеговелову)

Минерализация Характер засоления

Минимально допустимая глубина залегания

грунтовых вод, м

застойных текучих

для яблони,

груши,

абрикоса,

персика,

черешни

для сливы,

вишни,

айвы,

яблони на

парадизке

для

яблони,

груши,

абрикоса,

персика,

черешни

для сливы,

вишни, айвы,

яблони на

парадизке

Очень слабая,

менее 0,5 г/л

Преобладают

нейтральные

и безвредные соли

2,0–2,5 1,5–2,0 1,2–1,5 1,0

Преобладают

щелочные соли

более 2 м.-экв на 1 л

3,0–3,5 2,0–2,5 3,0 2,5

Слабая,

0,5–2,0 г/л

Преобладают

безвредные соли,

сумма щелочных

солей не превышает

2 м.-экв на 1 л

2,0–2,5 1,5–2,0 1,2–1,5 1,0

Преобладают

вредные соли, сумма

щелочных солей

более 2 м.-экв на 1 л

3,0–3,5 2,0–2,5 3,0 2,5

Средняя,

2,0–6,0 г/л

Количетво

безвредных солей

равно или более

суммы нейтральных

вредных солей,

щелочные соли не

более 2 м.-экв на 1 л

2,5–3,0 2,0 Не наблюдается

Преобладают

нейтральные вредные

соли или сумма

щелочных солей

более 2 м.-экв

3,0–3,5 2,0–2,5 Не наблюдается

Сильная, более

6,0 г/л

Не имеет значения

более 6,0 г/л

3,5–4,0 2,5–3,0 Не наблюдается

Соли, встречающиеся в грунтовой воде, объединяются в три

группы: соли безвредные – Са(НСО

)

, CaSO

; соли вредные щелоч-

ные – NaHCO

, Mg(HCO

)

; соли вредные нейтральные – MgSO

,CaCl

MgCl

, NaCl.

При кадастровых исследованиях многолетних насаждений

для коэффициентов плодородия садовых почв использованы мате-

216

риалы С. Ф. Неговелова, В. Ф. Валькова, В. Ф. Иванова. Данные

С. Ф. Неговелова и В. Ф. Валькова характеризуют минимально до-

пустимые глубины залегания грунтовых вод (уровень плодородия

1,0), что отвечает началу оптимальных условий, а также глубине

воды, при которой наблюдается гибель плодовых культур.

Данные по оптимальной глубине залегания слабоминерализо-

ванных (пресных) грунтовых вод для различных растений обобще-

ны в табл. 5.32, 5.33.

Таблица 5.32

оптимальнаяглубиназалеганияпресныхгрунтовыхвод

дляразличныхрастений

Растения

Глубина

воды, см

Растения

Глубина

воды, см

Пшеница 90–110 Яблоня 140–200

Ячмень 90–110 Груша 140–200

Овес 80 Слива 120–160

Лен 80–100 Вишня 120–160

Кукуруза 100–120 Грецкий орех 160

Картофель 100–120 Виноград 110–150

Хлопчатник 100–150 Абрикос 150–200

Сахарная свекла 100–110 Персик 130–180

Рожь 80–120 Смородина 80–100

Клюква 25–30 Малина 80–100

Горох 70–80 Костер безостый 70

Конопля 80–100 Люцерна 70

Брусника 30–35 Райграс пастбищный 80–100

Овсяница луговая 80–100 Клевер красный 80–100

Мятлик обыкновенный 80–100 Люпин 100–120

Грунтовые воды разделяются на застойные и текучие.

Застойность грунтовых вод характерная для пониженных замк-

нутых элементов рельефа, плоских равнин без заметного уклона,

явление негативное. Даже при слабой минерализации воды и ее

благоприятном химическом составе в почвах и грунтах возника-

ют закисные бескислородные условия, способствующие появле-

217

нию ядовитых веществ. Застойность же воды становится причи-

ной их аккумуляции. Такие явления наблюдаются в централь-

ных и притеррасных частях пойм, на пониженных местах дельт,

на террасах степных рек среди равнин с небольшими абсолютны-

ми высотными отметками. Особенно неблагоприятны застойные

воды для многолетних насаждений – садов и виноградников. Их

преждевременная гибель при уровне застойной воды на глубине

1,5–2,0 м неизбежна даже при невысокой степени минерализации

воды. Такие условия наблюдаются в дельте Кубани, на чернозем-

ных равнинах западной части Краснодарского края, примыкаю-

щей к Азовскому морю, в долинах степных рек Предкавказья.

Для растений благоприятны текучие воды невысокой минера-

лизации. Они активно участвуют в питании и снабжении рас-

тений водой. Текучие воды типичны для прирусловых частей

пойм, особенно, если русло реки расположено выше поймы или

дельты. Прекрасные условия для роста и плодоношения нахо-

дят плодовые насаждения и виноградники в прирусловых частях

Кубанской поймы и дельты. Текучие воды встречаются часто в

предгорных условиях, на террасовых участках склонов, на уча-

стках со свободным грунтовым стоком в постоянные водные ар-

терии или бассейны.

Таблица 5.33

Уровеньплодородияпочвмноголетнихнасажденийвзависимости

отглубинызалеганияминерализованныхвод

Семечковые, абрикос,

черешня

Слива, вишня, яблоня на

парадизке

Виноградная лоза

Условия

произрастания

грунтовая

вода, м

уровень

плодородия

грунтовая

вода, м

уровень

плодородия

грунтовая

вода, м

уровень

плодородия

3,75

3,50

1,00

3,00

2,75

1,00

2,75

2,50

1,00

Оптимальные

3,25

3,00

2,75

2,50

2,25

0,98

0,97

0,90

0,80

0,68

2,50

2,25

2,00

1,75

1,50

0,95

0,88

0,80

0,68

0,55

2,25

2,00

1,75

1,50

1,25

0,96

0,90

0,84

0,78

0,73

Предельно-

переносимые

2,00

1,75

1,50

1,25

1,00

0,53

0,38

0,18

0,10

1,25

1,00

0,75

0,35

0,10

1,00

0,75

0,50

0,70

0,25

0,10

Массовая

гибель плодовых

деревьев и кустов

винограда

218

6.СоЦИально-эКоноМИчеСКИеаСпеКТы

плоДоРоДИяпочВагРоЦенозоВ

6.1.Формированиеплодородияпочвагроценозов

Первое положение агроценотического плодородия – почва и аг-

роценоз должны соответствовать природной гармонии естествен-

ного биогеоценотического ландшафта. Культуры агроценоза по их

экологическим характеристикам следует приближать к экологи-

ческим особенностям естественных биоценозов, сформировавших

данную почву. Задача сложная и не всегда реальная. Большинство

растений имеют травянисто-дерновую фитоценотическую природу.

Но в мире недостаточно черноземов и прерий для возделывания

зерновых и технических культур. Земледелие в современных ус-

ловиях осваивает всю гамму почвенного покрова от бореальных

до тропических областей. Однако общеизвестна районированная

специализация сельского хозяйства как по разным странам, так

и в России. Более того, основное правило земледельца – земельное

устройство хозяйства, размещение севооборотов и культур в соот-

ветствии с экологической гармонией растения и почвы.

Таким образом, природа дает земледельцу весьма разнообраз-

ные по агрономическому плодородию почвы в зависимости от типа

естественной растительности. Предшествующие и очень разные

пути формирования почв и их плодородие под агроценозами на-

чинают вливаться в единое русло в связи с относительно одинако-

вым воздействием культурных растений на почву и с однотипным

направлением биологического круговорота веществ. Об активном

воздействии культурных растений на характер почвообразования

свидетельствуют многие факты, полученные при изучении свойств

почвы в прикорневой зоне. Так, около корней пшеницы, овса, ржи,

трав обнаружено повышенное содержание водорастворимого гуму-

са, обменно-поглощенного аммония, подвижного калия. Высокая

биохимическая активность прикорневой зоны подчеркивается по-

вышенным выделением углекислоты и большой активностью фер-

ментов. В зоне ризосферы увеличивается также общее содержание

гумуса; здесь идет его синтез. Изменяется состав фракций за счет

увеличения количества гуматов кальция, железа и алюминия.

Биологический круговорот веществ как важнейший фактор

развития плодородия почв продолжается и при смене естественной

219

растительности на культурную. Весьма существенным показате-

лем биологического круговорота считается объем годичного опада,

т. е. количество растительных остатков, ежегодно вовлекающихся

в процессы почвообразования. Эти растительные остатки харак-

теризуют объем энергетического и вещественного биоматериала,

обеспечивающего многие почвенные процессы.

В агроценозах к опаду относят пожнивные остатки и корни сель-

скохозяйственных культур, причем корни растений преобладают: у

пшеницы – 85 %, гороха и кукурузы – 90 %, трав – 90–93 %.

Пожнивные и корневые остатки культурных растений – посто-

янный источник поступления органических веществ в почву. Их

количество в значительной степени зависит от уровня культуры

севооборота и биологических особенностей растения (табл. 6.1).

Таблица 6.1

накоплениепожнивныхикорневыхостатков

всевообороте,ц/га(городний,1996)

Культура Пожнивные остатки Корневые остатки

Озимая рожь 2,4–4,8 19,1–24,1

Люпин 4,7–6,7 14,4–20,6

Сахарная свекла – 7,3–11,0

Овес 6,1–8,6 15,8–22,1

Кукуруза 3,6–6,8 12,7–25,5

Клевер 9,6–12,4 32,4–39,1

Картофель 1,1–2,6 7,5–8,8

Ячмень 6,6–8,8 19,1–21,6

По характеру поступления и объему годичного опада высокопро-

дуктивные агроценозы приближаются к биоценозам луговой степи.

Кроме растительного опада, важным источником образования гуму-

са являются корневые выделения. В составе этих выделений име-

ются разнообразные органические вещества: органические кислоты,

аминокислоты, сахар, ферменты, витамины и пр. Физиологами ус-

тановлена ритмичность корневых выделений. Из надземных органов

растений в корни, а затем в почву отток вещества увеличивается

после цветения и продолжается до конца вегетации.

Это не позволяет рассматривать агроценозы только как потре-

бителей почвенного плодородия. Оставляя в почвах значительную

220

массу органических веществ и элементов питания, культурные

биоценозы участвуют и в формировании, и в поддержании плодо-

родия почв (табл. 6.2).

Таблица 6.2

Количествопожнивныхикорневыхостатковразличныхкультурисодержание

внихосновныхпитательныхвеществ(Штомпель,Котляров,Трубилин,2001)

Культура

Урожайность

основной

продукции, ц/га

Количество

пожнивных

корневых

остатков в

пахотном слое

почвы, ц/га

Содержание в корневых и пожнивных

остатках

кг/га кг/ц урожая

N P

O N P

Клевер на сено:

1 год использования

36,0

74,0

78,0

157,6

21,6

44,4

36,6

63,7

3,9

2,7

1,08

0,60

1,8

0,8

2 года использования

50,0

91,0

10,6

193,6

30,0

54,6

47,3

77,9

3,0

3,4

0,80

0,96

1,3

Горох на зерно 27 22,1 40,0 7,6 23,6 1,6 0,30 0,94

Кормовые бобы

на зерно

26 23,6 42,5 8,0 23,7 1,6 0,30 0,90

Озимая пшеница

на зерно

25,0

32,0

26,5

28,0

5,0

7,4

14,0

17,5

1,2

0,7

0,20

0,60

0,40

Ячмень на зерно 20 25,0 22,0 6,0 14,0 1,1 0,30 0,70

Озимая рожь

30,1

52,2

31,6

53,8

6,7

11,5

30,7

52,9

1,58

1,34

0,34

0,29

1,53

1,32

Кукуруза на зерно 30 40,2 77,5 16,8 93,4 2,80 0,56 3,10

Кукуруза на силос 200 42,3 78,9 17,9 99,5 0,40 0,09 0,50

Однолетние травы

(вика, горох+овес)

30 38,4 97,7 21,6 65,69 3,25 0,72 2,20

Многолетние травы

47,0

80,0

76,6

123,2

21,8

37,2

92,9

149,0

2,55

1,60

0,74

0,77

3,1

2,9

Картофель

200

300

29,0

37,7

67,0

89,4

20,0

26,1

49,8

66,6

0,33

0,28

0,10

0,087

0,25

0,22

Лен (волокно)

5 15,9 8,2 4,6 14,2 3,18 1,64 2,82

Гречиха

23,1

34,1

27,2

42,0

13,0

27,0

59,5

99,0

2,72

2,10

1,30

1,35

5,90

4,95

Сахарная свекла

200

300

22,3

26,5

23,4

30,0

7,8

7,9

38,0

31,8

0,112

0,10

0,039

0,027

0,19

0,11

Кормовые корнеплоды

200

300

18,5

23,5

19,4

29,6

6,5

7,1

31,4

28,4

0,097

0,098

0,032

0,024

0,16

0,09