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

Подождите немного. Документ загружается.

регатной среде и на поверхности агрегатов, а анаэробные

формы – в массе самих агрегатов;

– агрегаты являются водопрочными, устойчивыми, что обеспе-

чивает стабильность экологической ситуации. Разрушение

структуры может происходить только при резком измене-

нии условий внешней среды: механические воздействия

(машинная деградация, пастбищная нагрузка), изменение

физико-химической обстановки (осолонцевание, содовое за-

соление и др.).

Гранулометрический состав исходной материнской породы

во многом проявляется в результативности дернового процесса,

черты которого типичны, начиная от среднесуглинистых разно-

видностей почв. Фракции механических элементов, тяготеющие

к тяжелому или легкому гранулометрическому составу, соответ-

ствующим образом усиливают или подавляют функции биоты,

формирующей дерновый горизонт.

География дернового процесса. Образование фитомассы и

поступления ее остатков в почву, включая наземную и подзем-

ную части, проходит тем интенсивнее, чем благоприятнее эколо-

гические условия для травянистой растительности. Травянистый

оптимум в разных биоклиматических условиях создается при

климатическом коэффициенте увлажнения менее 1,0. Это воз-

можно в трех биоклиматических поясах Земли – суббореальном,

субтропическом и тропическом.

Природно-географические зональные системы этих поясов,

определяемые функционированием травяных биогеоценозов,

складывается следующим образом.

Суббореальный пояс:

– разнотравно-ковыльные луговые степи с выщелоченными и

типичными черноземами;

– разнотравно-типчаково-ковыльные степи с обыкновенными

и южными черноземами, а также прерии с бруниземами;

– типчаково-ковыльно-полынные сухие степи с каштановы-

ми почвами;

– полупустынные степи с бурыми полупустынными почвами.

Субтропический пояс:

– травянистые сухие леса в условиях средиземноморского

типа климата с коричневыми почвами и пампа с руброзе-

мами, где влажный период приходится на летнее время;

– сухие субтропические кустарниковые степи с серо-коричне-

выми почвами.

Тропический пояс:

– листопадные леса и высокотравные саванны с красными

латеритными почвами;

– типичные саванны с красно-бурыми почвами и черными

слитоземами;

– сухие саванны с красновато-бурыми почвами.

Особым своеобразием отличаются черты дернового процесса

в океанических субарктических областях (Фаррерские острова,

Исландия), в южной тундре, в альпийской и субальпийской степ-

ной зонах горных систем, в поверхностно- и грунтово-гидроморф-

ных условиях различных зон. При значительном экологическом

многообразии этих территорий общей сходной чертой становится

накопление в почвенной массе торфяных остатков травянистой

растительности при фульватизации гумусового состава.

Некоторые географические закономерности развития дерно-

вого процесса:

1. Наибольшая емкость биологического круговорота обеспе-

чивается при коэффициенте увлажнения 1,0–0,8.

2. По мере нарастания сухости экологической ситуации, вме-

сте с уменьшением объема фитомассы изменяется соотно-

шение надземной и подземной биомасс. В сухих условиях

типично преобладание корневых систем, за исключением

пустынных тропических и субтропических кактусообраз-

ных фитоценозов.

3. Процессы минерализации органических остатков и гуму-

совых веществ интенсифицируются по мере повышения

температур в биологически активные влажные периоды

года. Накопление гумусовых веществ в почвах достигает

максимума в относительно прохладных условиях субборе-

альных черноземных степей и прерий. Гумусонакопление

сводится к минимуму при дерновом процессе в тропиче-

ских саваннах.

4. Высокое накопление гумуса при дерновом процессе обу-

словлено преобладанием гуминовых кислот, а ослабление

гумусообразования ведет к формированию фульватного гу-

муса или чем меньше в почвах гумуса, тем больше в нем

фракций фульвокислот.

5. Дерновый процесс обязательно связан с высоким уровнем

насыщенности биологического круговорота зольными эле-

ментами и особенно кальциевым питанием организмов, что

обеспечивает нейтральную и слабощелочную реакцию поч-

венной среды. Непромывной или периодически промывной

водный режим создает условия для выноса легкораствори-

мых солей за пределы коры выветривания и накопления

солей щелочноземельных металлов в нижней части поч-

венных профилей дерновых почв, что обеспечивает поч-

венные растворы бикарбонатами кальция и магния.

Дерновый процесс и наземные животные. Дерновые почвы

и их травянистая растительность ежегодно с регулярным посто-

янством обеспечивает наземных животных богатой по питатель-

ной ценности фитомассой, являясь основанием экологических

пирамид в трофических цепях. Высокое содержание белков, уг-

леводов, зольных элементов и других биологически ценных ком-

понентов обуславливает расцвет травоядных животных. В про-

шлом обитателями Евразийских степей были гигантский олень,

кулан, тарпан (дикая лошадь), сайгаки и др. С высокой продук-

тивностью травянистой растительности саванн связана впечат-

ляющая многочисленность антилоп, буйволов, слонов, жирафов,

носорогов, зебр и других копытных. Североамериканские пре-

рии обеспечивали жизнь многомиллионным стадам бизонов.

Травоядные животные – важное звено в биологическом кру-

говороте веществ и энергии в почвах с дерновым процессом поч-

вообразования. Известно, что в травянистых биогеоценозах са-

ванн запас зоомассы крупных травоядных составляет 200 кг/га,

в то время как масса крупных животных даже в тропическом

лесу всего 1 кг/га, хотя ежегодный прирост фитомассы как ос-

нования пищевой цепи в лесах почти в 5 раз выше, чем у травя-

нистых биогеоценозов.

Дерновый процесс и плодородие почв. Следует признать

первостепенное значение дернового процесса как фактора, соз-

дающего агрономическое эффективное плодородие почвы на базе

формирования высокого потенциального плодородия и приоб-

ретения почвой благоприятной экологической обстановки для

большинства сельскохозяйственных растений, близких по при-

роде к травянистой растительности. Черты дернового процесса

сохраняются и под культурными растениями (пшеница, ячмень,

люцерна, кормовые злаки и т. д.).

Плодородие почв с дерновым гумусо-аккумулятивным поч-

вообразованием определяется всей массой почвенного профиля.

Однако вклад отдельных генетических горизонтов в общее пло-

дородие крайне неодинаков и зависит от предшествующей кор-

невой массы, создавшей его. Исследования предгорных чернозе-

мов Северо-западного Кавказа показывают, что их плодородие

для зерновых культур слагается следующим образом: горизонт

А – 65 %, АВ – 25 % и В – 10 %. На пахотных землях дерновый

процесс проявляется в полной мере под многолетними травами.

В травопольных севооборотах при хорошем увлажнении и высо-

кой урожайности самих трав и остальных культур севооборота

дерновый процесс значительно приближает обрабатываемые поч-

вы к их естественно-черноземному состоянию. Именно благода-

ря дерновому процессу на пахотных землях действенен тезис,

высказанный еще К. Марксом: «Земля постоянно улучшается,

если правильно обращаться с ней». По особому воспринимаются

слова великого французского романиста Оноре Де Бальзака из

«Сельского священника» (1839): «Тот, кто обрабатывает невоз-

деланную почву, кто улучшает фруктовые деревья и засевает

травой бесплодную землю, намного выше тех, кто ищет общих

формул на благо человечеству».

2.плоДоРоДИепочВагРоЦенозоВ

2.1.Видыиформыагроценотического

плодородияпочв

Возникновение плодородия связано с естественным почво-

образованием, поэтому каждой почве присуще природное, или

естественное, плодородие. Если почва распахивается либо

используется под кормовые угодья, она включается в трудовой

процесс. Ее природное плодородие начинает проявляться в про-

дуктивности сельскохозяйственных угодий. Этот вид плодоро-

дия часто называют эффективным, в котором объединены ес-

тественное и искусственное плодородие.

Искусственное плодородие создается человеком, его разносто-

ронним воздействием на природу почвы. Однако человек по-раз-

ному влияет на почву. Известно много примеров, когда благодаря

его деятельности и культурной растительности, естественные ма-

лопродуктивные ландшафты пустынь, болот, солончаков, солон-

цов были преобразованы в плодородные пахотные земли. В цве-

тущие сады превратились болота Колхиды, плодородными ста-

ли земли Фландрии, Голодной степи, оазисы Хорезма и Сахары,

высокие урожаи риса получают в дельте Кубани и т. д. Все это

иллюстрирует положительное влияние человека на естественные

свойства почв, искусственное плодородие проявляется по отноше-

нию к природному в высоком эффективном плодородии. Но часто

земледелец по незнанию или из-за нерадивого хозяйствования,

пренебрежительного отношения к почве снижает естественный

уровень плодородия, что приводит к деградации почвенного по-

крова. Наиболее распространенные формы нарушения естествен-

ного плодородия – эрозия и дефляция почв, засоление и осолонце-

вание, химическое загрязнение, машинная деградация и т. д.

Плодородие почв проявляется в двух формах.

Во-первых, плодородие почвы выражается в продуктивности

(урожайности) произрастающих на ней растений, в количестве

синтезируемой фитомассы. Плодородная почва должна давать

высокий урожай сельскохозяйственных растений. Примером

могут служить черноземы Кубани, обладающие превосходными

естественными свойствами для культурной растительности и по

праву считающиеся плодороднейшими почвами мира.

Однако высокая урожайность растений может быть достигнута

за счет увеличения искусственного плодородия. Нечерноземные

почвы Прибалтийских стран Западной Европы – рекордсмены

мира по урожайности зерновых культур. Поэтому плодородие

разных почв, их бонитет сравнивается по многолетней урожай-

ности культурных растений, но обязательно при равных эконо-

мических затратах на получение урожая.

Во-вторых, плодородие почвы выражается в богатстве эле-

ментами питания, гумусом, в растительно-экологических свой-

ствах и их количественно-качественных особенностях. В дан-

ном случае плодородие определяется содержанием в почвах азо-

та, фосфора, калия и других биогенных элементов, необходимых

для питания растений и поддержания их различных физиологи-

ческих функций. Большое значение имеют также свойства поч-

вы, ее характеристики, создающие определенные экологические

условия, среду для жизнедеятельности растений. К ним относят

реакцию среды (рН), физические свойства, содержание солей,

гранулометрический состав, каменистость, солонцеватость, ув-

лажненность и др.

Для плодородия почвы важны оптимальное содержание элемен-

тов питания и свойства, которые способствуют нормальному усвое-

нию этих элементов. Например, на сильнокислых и сильнощелоч-

ных почвах задерживается поступление многих веществ в растение.

На почвах, содержащих известь, некоторые растения страдают от

хлороза. Железо здесь переходит в недоступные для корней формы.

А для улучшения кислых почв, наоборот, вносят известь.

Гранулометрический состав – существенный показатель пло-

дородия почвы. От содержания в почве различных по крупности

механических элементов зависят многие химические, физико-

химические, водно-физические и физические свойства. Изучение

влияния гранулометрического состава на урожайность сельско-

хозяйственных растений позволило установить определенные за-

кономерности. Общее правило таково: у большинства полевых

культур на песчаных почвах плодородие снижается.

На больших площадях встречаются солонцы и солонцеватые

почвы. В коллоидах этих почв в адсорбированном состоянии при-

сутствует ион натрия в избыточных концентрациях. Он создает

щелочную, почти безжизненную реакцию среды, вызывает появ-

ление соды, резко ухудшает физические и водные свойства почв.

Отрицательно сказывается на уровне плодородия почв при-

сутствие повышенных концентраций легкорастворимых солей,

сульфатов и хлоридов натрия, кальция, магния. Это явление,

называемое солончаковатостью почв, вызывает у культурных

растений нарушение минерального питания, поглощение воды и

обмена веществ. В результате на засоленных почвах сельскохо-

зяйственные культуры дают низкие урожаи. Причем плодородие

засоленных почв тем ниже, чем больше концентрация солей и

чем ближе к поверхности почвы накапливаются вредные соли.

При выходе на поверхность коренных пород в почвах увели-

чивается количество скелета, т. е. содержание камней и щебня.

Этот материал уменьшает общие достоинства почвы за счет его

инертности. В скелетных почвах снижается объем активной поч-

венной массы, становится меньше гумуса, уменьшается влаго-

емкость. Все это приводит к снижению урожайности растений.

Чем больше в почве каменистых частей, тем хуже почва.

Продуктивность в ряде случаев снижается из-за повышенной

уплотненности профиля. В уплотненных почвах возникают не-

благоприятные агрономические свойства, увеличиваются доля

твердой части почвы и доля, занимаемая недоступной влагой.

Чем суше почва, тем большее угнетение испытывают растения

от повышенной плотности. Общеизвестны следующие неблаго-

приятные качества плотных почв: ухудшение структурного со-

стояния, снижение водопроницаемости, развитие поверхностно-

го заболачивания и др.

Продуктивность агроценозов зависит не только от плодоро-

дия почвы, но и от сложного комплекса условий и явлений ок-

ружающей среды. Повышение и поддержание почвенного плодо-

родия является одной из самых сложных и важных задач прак-

тической и теоретической деятельности человека. В широком

смысле данная проблема охватывает многие вопросы, связанные

с функционированием агроценозов, с взаимосвязью и взаимообу-

словленностью всех компонентов ландшафта.

2.2.экологическаяконкретность

плодородияпочв

Главный парадокс плодородия заключается в том, что все

почвы обладают плодородием, и в то же время нет вообще пло-

дородных земель. Их плодородие очень конкретно.

Еще в Древнем Египте почвы делились на «пшеничные», под-

вергаемые искусственному затоплению; «водно-болотные», пред-

назначенные для разведения гидрофильных растений и птицы;

«степные», не затопляемые Нилом. Почвы виноградников и садов

отмечались особо.

Различные почвы не могут быть одинаково хороши для всех

растений. Экологические особенности растительных организмов

крайне разнообразны в отношении требований к почвенным ус-

ловиям: к реакции среды, физическим свойствам, гранулометри-

ческому составу и даже к богатству органическим веществом и

элементами питания. Например, чай и люпин растут только на

кислых почвах, а люцерна предпочитает нейтральные и слабо-

щелочные почвы. Для зерновых культур оптимальны тяжелые

структурные почвы, а картофель, бахчевые культуры и черешня

лучше растут на легких почвах. На богатых в отношении эле-

ментов питания и органического вещества почвах не размещают

плантации виноградников и табака из-за резкого ухудшения ка-

чества продукции, а конопля и овощные культуры требуют очень

богатых почв. Поэтому на практике почвы всегда разделяются

на более благоприятные для полевых культур, садов, виноград-

ников, картофеля, огородов, чайных плантаций и т. д. Одна и

та же почва для одних растений может быть плодородной, для

других – малоплодородной.

В этой особенности почвенного плодородия заложена основа ра-

ционального, т. е. в наибольшей степени отвечающего почвенным

условиям, размещения сельскохозяйственных растений, направ-

ленного на оптимальную специализацию сельскохозяйственного

производства. Изучение почвенного покрова, почвенное райони-

рование позволяют выделить территории с наиболее благоприят-

ными природно-почвенными условиями для разных направлений

сельского хозяйства, для разных культурных растений. С особен-

ностями почвенного плодородия связано развитие зернового хозяй-

ства, льноводства, хлопководства, виноградарства, табаководства,

садоводства, субтропического плодоводства и др.

Учитывая экологические особенности культурных растений,

плодородная почва должна обладать следующими качествами:

– Соответствовать по своим свойствам экологическим

особенностям возделываемых культур. Например, богатые

черноземные почвы – лучшие пшеничные земли, на легких

почвах хорошо растут картофель и бахчевые культуры, тяже-

лые пойменные земли – оптимальны для риса, чай и люпин

растут только на кислых почвах, а люцерна предпочитает ней-

тральные и слабощелочные и т. д.

– Обеспечивать растения минеральными веществами.

Доступность и количество этих веществ неравнозначны для

разных культур. Овощи и конопля требуют почв, богатых ор-

ганическим веществом и легкодоступными азотом, фосфором

и калием, хорошо гумусированные почвы оптимальны для

зерновых культур и подсолнечника, в то же время виноград,

табак, гречиха отрицательно относятся к богатству почвы гу-

мусом, снижая урожайность и качество продукции.

– Обладать оптимальным и устойчивым запасом влаги. И

здесь экологический оптимум отличается широким разнообра-

зием. Рис возделывают при затоплении, для овощных культур

необходимо хорошее, но не избыточное увлажнение, а виноград

и сорго нормально вегетируют при влажности почвы, которая

для большинства растений означают их гибель от засухи.

– Быть достаточно рыхлой и иметь комковато-зернистую

или ореховатую структуру, что обеспечивает свободное и

глубокое развитие корневой системы растений. Черешня, ябло-

ня, груша хорошо плодоносят только на рыхлых почвах, слива

же может нормально плодоносить на плотных почвах, а для

кукурузы, подсолнечника, люцерны плотные почвы – не пре-

пятствие, наоборот, они их улучшают, мелиорируют.

– Обладать оптимальной теплоемкостью и теплопровод-

ностью, быть достаточно теплой для обеспечения жизнедея-

тельности соответствующих растений. Здесь также характерно

экологическое разнообразие. Холодные условия необходимы

для картофеля, брюквы, турнепса, а яблоня, груша, слива и

виноград не переносят высоких температур тропиков.

2.3.Связьплодородияпочвсцентрамипроисхождения

культурныхрастений

Человек отбирал растения для культуры во всех природно-кли-

матических зонах, за исключением, по-видимому, только полярного

пояса. В сельскохозяйственном производстве возделываются зла-

ки из субтропических и умеренных широт (пшеница, сорго, просо,

рожь), клубнеплоды относительно прохладных территорий (карто-

фель, топинамбур) и тропиков (ямс, батат, таро), растения широкого

спектра лесных поясов (яблоня, груша, слива, абрикос, мандарин,

манго) и т. д. В последние годы даже такое типично таежное рас-

тение, как брусника, и типично болотное, как клюква, становятся

объектами сельскохозяйственного возделывания. Это свидетельству-

ет о бесчисленном разнообразии почв, которые были первоначально

родными для ушедших в культуру растений. Учение Н. И. Вавилова

о центрах происхождения культурных растений становится тео-

ретической основой исследований в области почвенной экологии

сельскохозяйственных растений.

Культурные растения сохранили в своем генетическом фон-

де, пусть даже измененном многовековым воздействием человека,

адаптивную реакцию к первоначальной природной среде, перво-

начальным почвам, с которыми когда-то эти растения составля-

ли оптимальное почвенно-экологическое единство. Данное един-

ство определяло максимальную биологическую продуктивность.

Поэтому для эффективного использования почвенного плодородия,

получения максимальных урожаев необходимо достигать такого

же единства между сельскохозяйственными растениями и куль-

турными почвами.

Приведем несколько примеров. Родина арбуза – Южная Африка,

где распространены красно-бурые и красно-коричневые почвы сухих

саванн. Ожелезненность этих почв создает эффект опесчаненности.

Особенностью почв саванн является также наличие длительных

периодов почвенной засухи, сменяющейся влажными периодами.

Культура арбуза во многом унаследовала экологические особенно-

сти своей родины. Арбуз практически безразличен к содержанию в

почве гумуса. Высокие урожаи этой культуры получают и на много-

гумусных черноземах, и на малогумусных сероземах, светло-кашта-

новых, серо-бурых пустынных и бурых полупустынных почвах при

условии обеспечения их влагой.

При достаточной рыхлости и структурности почв растения арбу-

за дают неплохие урожаи на почвах тяжелосуглинистого и легко-

глинистого гранулометрического состава, например на черноземах

различных подтипов. Однако экологическая особенность арбуза –

давать высокую продуктивность и хорошее качество на почвах лег-

кого гранулометрического состава, в том числе и на слабогумуси-

рованных песках. Эти почвы малоценны для большинства других

сельскохозяйственных растений, и использование их под бахчи наи-

более эффективно. Нечувствительность арбуза к бедным легким поч-

вам объясняется мощным развитием корневой системы, ее высокой

способностью использовать большие объемы почвы и материнской

породы. Корни арбуза проникают на глубину 4–5 м и охватывают

объем 7–10 м

почвенной массы. Мощная корневая система обеспе-

чивает относительную засухоустойчивость этой культуры, однако