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

Подождите немного. Документ загружается.

Очень требо-

вательные

Требовате-

льные

Умеренно

требователь-

ные

Малотребова-

тельные

Безразличные

Богатство гумусом

снижает качество

продукции

Кормовые культуры

– –

Вика, костер

безостый,

суданская

трава

Лядвенец рогатый,

вика, тимофеевка

луговая, овсяница

луговая, житняк,

ежа сборная,

костер безостый,

суданская трава,

люцерна, клевер,

эспарцет, донник

Лядвенец рога-

тый, тимофе-

евка луговая,

овсяница лу-

говая, житняк,

ежа сборная,

люцерна, кле-

вер, эспарцет,

донник

–

Орехоплодные культуры

– –

Грецкий орех

Грецкий орех,

фундук

Фундук

–

Виноград, чай, субтропические плодовые

– –

Апельсин,

мандарин,

инжир, хурма

Виноград,

чай, апельсин,

мандарин, гранат

–

Виноград,

чай

Овощные культуры

Томат,

огурец,

морковь

Томат,

огурец, мор-

ковь, салат,

свекла,

пастернак,

петрушка

– – – –

Плодовые культуры

– –

Яблоня, гру-

ша, черешня,

слива, вишня,

абрикос, айва

Абрикос,

айва

– –

Неоднозначность тезиса о гумусе как детерминаторе плодоро-

дия. Для обширных площадей степной зоны России и сопредельных

государств давно установлена общая зависимость возрастания пло-

дородия почв с увеличением мощности гумусовой толщи и запасов

гумуса. Однако для условий Северного Кавказа – региона, обла-

дающего наивысшим плодородием черноземов, начиная с мощно-

сти гумусовых горизонтов 150 см и запасов гумуса около 600 т/

га,

дальнейшее возрастание показателей не приводит к увеличению

урожайности (Вальков, 1982). В Краснодарском крае встречаются

предгорные черноземы с запасами гумуса около 1000 т/га, но ре-

кордов по сбору зерна здесь никогда не наблюдалось. Зато хорош

картофель! Но вся причина в прохладном лете.

Окончание табл. 3.3

При рассмотрении органического вещества как критерия уро-

жайности действует закон экологической кривой, т. е. в нашем

случае увеличение количества гумуса в почвах ведет к повышению

урожайности до некоторого предела, стабилизируя ее на какой-то

определенной величине, неодинаковой для разных почв.

Гумусовое состояние почв не следует оценивать прямолиней-

но, однозначно и категорично: чем больше в почвах органическо-

го вещества, тем выше уровень их эффективного плодородия. Вот

несколько примеров. На орошаемых безгумусных субтропических

почвах урожайность зерновых культур может быть намного выше,

чем на черноземах. На практически безгумусных желтоземах в

1999 г. в Сочинском районе мы наблюдали посевы овса выше 1,5 м.

Растение арбуза совсем безразлично к гумусовому состоянию почв.

Прекрасно плодоносят арбузы на черноземах и на полупустынных

почвах Астраханской области, а еще лучше на безгумусных песках

в черноземной зоне. Вредно сказывается большое количество гумуса

на урожайности гречихи. В свое время С. А. Захаров проводил опыт

выращивания гречихи на так называемом «развернутом разрезе»:

посев проводился на верхнем плодородном и нижних малогумусных

горизонтах почвы. Различие было минимальным! Гречиха индиф-

ферентна к количеству гумуса в почве. Табак не выращивают на

богатых черноземах: качество его резко снижается. Он возделыва-

ется на слабогумусированных почвах. Для винограда в условиях

Северного Кавказа оптимальны запасы гумуса в почвах от 100 до

325 т/га (Вальков, Фиськов, 1982). Выше и ниже этих пределов уро-

жайность и качество продукции снижается. На богатейших черно-

земах Краснодарского края промышленные плантации винограда

ограничены из-за низкого качества получаемого сырья.

Динамика и стабилизация гумусового состояния в почвах.

Географическая парадигма развития почв состоит в следующем: в

процессе генезиса каждая почва и все ее свойства стремятся к ус-

тойчивому равновесию с окружающей средой. При неизменности

факторов почвообразования вся система находится в стабильном со-

стоянии, поддерживаемом обменом веществ и энергии между почвой

и окружающей средой. Изменения же в окружающей среде неизбеж-

но вызывают перестройку всей почвенной системы. В климаксных

целинных почвах стабильно равновесие: поступление органических

остатков – гумификация – минерализация гумуса. Это устоявшее-

ся веками равновесие сохранялось до распашки черноземов. Резкое

нарушение равновесия связано с сокращением притока органиче-

ских веществ с пожнивными и корневыми остатками культурной

растительности. Это неизбежно вызывает процессы дегумификации.

В силу закона не прямолинейности, а парабололинейности условий

почвообразования и свойств почв, в начальные периоды антропо-

генезного развития почвообразовательного процесса наблюдается

резкое снижение запасов гумуса в черноземах. Затем темпы дегу-

мификации ослабевают до установления климаксного равновесия:

поступление почвенных и корневых остатков в почву – гумифика

ция – дегумификация. Чем выше урожайность сельскохозяйствен-

ных растений, чем больше органического вещества (в том числе и

соломы, оставленной на черноземных почвах), тем скорее наступает

устойчивое равновесие: гумификация – дегумификация. Внесение

органических удобрений и посев трав ускоряет этот процесс.

К сожалению, оптимальные дозы навоза должны быть не ме-

нее 10 т/га в год, что не выполнимо при современном уровне жи-

вотноводства и механизации сельского хозяйства. Урожайность же

пшеницы в богарных условиях, приближающаяся по количеству

оставляемого в почве органического вещества к целинной степи,

должна составлять не менее 60 ц/га. Для такой урожайности не-

обходимо среднегодовое количество атмосферных осадков около

600 мм. Пары не решают проблему, так как дегумификация на

паровых полях происходит особенно интенсивно. Для черноземов

остается актуальным тезис: борьба за влагу – борьба за урожай, и

как следствие этого – противодействие явлениям дегумификации.

В разных почвах степной зоны темпы дегумификации неоди-

наковы. Давно известен факт: более богатые в прошлом черноземы

теряют гумус намного больше, чем малогумусные подтипы. Это

достоверно подтверждено и исследованиями за последние деся-

тилетия. По мере снижения содержания в почвах органического

вещества темпы дегумификации снижаются. Отсюда неизбежно

следует вывод, что в земледелии обязательно наступит период ста-

билизации гумусового состояния черноземов в соответствии с отно-

сительной стабилизацией гумусового состояния. Не стоит драмати-

зировать дегумификацию как катастрофический процесс. Важнее

другое: происходит ли снижение урожайности растений при оди-

наковых уровнях экономических затрат. Так вот, ретроспективный

анализ урожайности зерновых культур и производства зерна на

Северном Кавказе показывает: несмотря на явные факты дегуми-

фикации черноземов исторически, рост урожайности неизбежен.

К сожалению, среди прогнозов ухудшения состояния черноземов

часто встречаются просто нелепые. Например, в работе Ю. Ф. Янчков-

ского (1999) говорится, что через 100 лет в пахотном слое черноземов

останется около 1 % гумуса, объемная масса увеличится до 1,59–

1,85 г/см

содержание поглощенного кальция уменьшится до 40,3 %,

дыхательная способность снизится до нуля. Ошибочность расчета

заключается в принятии прямолинейного характера снижения со-

держания гумуса, на котором базируются все расчеты. Однако уже

давно установлено (Орлов, 1990), что дегумификация не носит пря-

молинейный характер и максимальное снижение содержания гумуса

отмечается в первые годы после распашки, когда целинные почвы

теряют детрит, не полностью разложившиеся органические остатки.

Далее процесс дегумификации замедляется и стабилизируется на ка-

чественно другом уровне. Ошибочность суждений о темпах дегуми-

фикации связано с неправильной интерпретацией исходных данных.

Оценка плодородия почв по гумусовому состоянию и климати-

ческим условиям. Слабая роль гумуса в формировании урожая на-

блюдается на орошаемых почвах, где урожай практически не зави-

сит от содержания гумуса. На полупустынных почвах Калмыкии с

крайне низким содержанием гумуса при орошении получают очень

высокие урожаи пшеницы и риса. В то же врема в Пензенской об-

ласти на черноземах с содержанием гумуса около 8 % и количестве

осадков большем, чем в Ростовской области, средняя урожайность

не превышает 12–15 ц/га.

По климатическим условиям черноземная зона считается тер-

риторией неустойчивого увлажнения. Нигде нет районов, которые

можно было бы классифицировать как умеренно влажные. Здесь

плодородие земель зависит от осадков выпадающих в данном году.

Еще дореволюционная Россия показывала примеры такой безыс-

ходной зависимости. Это – катастрофическая засуха начала 90-х

годов XIX и 20-х годов XX столетия. А в 1909 г. Россия собрала

исключительно богатый урожай зерновых и вышла по производ-

ству хлеба в том году на первое место в мире. Треть урожая была

продана на экспорт.

Долгое время естествоиспытатели считали, что гумусовое со-

стояние чернозема интегрально определяет плодородие почвы. Но

отчего зависит гумумсовое состояние? Прежде всего зависит от ин-

тенсивности биологического круговорота, определяемого притоком

вещества и энергии растительных остатков в определенных геогра-

фических условиях. Установлена зависимость интенсивности гуми-

фикации от периода биологической активности.

Для черноземных автоморфных почв, не осложненных негатив-

ными для сельскохозяйственных растений родовыми признаками

(солонцеватость, засоленность, уплотненность, слитость, эродиро-

ванность и др.), а также при однородном тяжелосуглинистом и

легкосуглинистом гранулометрическом составе, плодородие почв и

производительная сила агроценозов определяются комплексом фи-

зико-географических условий, и в первую очередь – количеством

выпадающих осадков.

В табл. 3.4 приведена сравнительная балльная оценка почв

Ростовской области по гумусовому состоянию и количеству выпа-

дающих осадков. Бонитировочные баллы по гумусу приведены по

материалам ЮжНИИгипрозем (Лобанов, Чешев и др., 1997). Нами

рассчитаны баллы оценки пашни по количеству выпадающих

осадков. За 100 баллов взято среднегодовое количество осадков,

равное 600 мм.

Таблица 3.4

оценкапашнидлязерновыхкультурпоприроднымпоказателям

почвиколичествувыпадающихосадков(Ростовскаяобласть)

Район

Преобладающие

почвы*

Осадки,

мм

Баллы бонитета

по гумусу по осадкам

Азовский Чо т

500 69 83

Аксайский Чо

497 72 82

Белокалитвенский Чю

419 48 69

Боковский Чю

440 52 73

Волгодонский К т

409 62 68

Верхнедонской Чю

412 51 68

Веселовский Чо т

397 69 66

Дубовской К

365 43 61

Егорлыкский Чо т

525 86 88

Зерноградский Чо т

498 83 83

Зимовниковский К

379 49 63

Кагальницкий Чо т

482 81 80

Кашарский Чю

413 50 69

Красносулинский Чо

418 66 69

Куйбышевский Чо

400 75 67

Мартыновский Чю

409 70 68

Матвеево-Курганский Чо

422 76 70

Миллеровский Чю

451 55 75

Милютинский Чю

372 51 62

Морозовский К т

377 64 63

Мясниковский Чо

454 79 75

Неклиновский Чо

454 80 75

Обливский К т

388 59 65

Октябрьский Чо

413 74 70

Орловский К т

372 63 63

Район

Преобладающие

почвы*

Осадки,

мм

Баллы бонитета

по гумусу по осадкам

Песчанокопский Чо т

462 78 77

Пролетарский Чю

417 63 69

Родионово-Несветаевский Чо

397 77 66

Сальский Чо т

453 71 75

Семикаракорский Чо т

418 68 69

Советский Чю

388 66 65

Тарасовский Чю

455 53 76

Тацинский Чю

408 51 68

Усть-Донецкий Чо

423 63 70

Целинский Чо т

435 80 73

Цимлянский К т

388 59 65

Чертковский Чю

422 53 74

Примечание. Название почв: Чо т

– черноземы обыкновенные очень теплые, мощные; Чо

– чер-

ноземы обыкновенные теплые и умеренно теплые, мощные; Чю

– черноземы южные среднемощные;

К т

– темно-каштановые среднемощные; К

– каштановые среднемощные. По гранулометрическому

составу все подтипы почв тяжелосуглинистые более чем на 90 %.

Примерно такое количество осадков соответствует распростра-

нению на Северном Кавказе черноземов с запасами 600 т/га (чер-

ноземы типичные и частично выщелоченные южно-европейской

фации). При расчете баллов по гумусу за 100 баллов принято со-

держание гумуса в горизонте А – 7 %, мощность гумусового слоя

(А+АВ) – 135 см и запасы гумуса в гумусовом слое – 600 т/га.

Вызывает некоторое сомнение правомерность выбранных кри-

териев для балльной оценки земельных угодий степных автоморф-

ных почв Ростовской области по гумусовому состоянию. Например,

зачем брать в качестве фактора плодородия мощность А+АВ. Этот

показатель уже вошел количественно в критерий «запасы гуму-

са в т/га». Получается, дважды один и тот же показатель фигу-

рирует при установлении количественной балльной бонитировки.

Сомнительна правомерность «содержания гумуса в процентах в па-

хотном горизонте». Еще Ф. Я. Гаврилюк (1984) и в дальнейшем его

последователи исключили его из бонитировочных критериев для

степных почв. Слишком мало в нем информативности для малогу-

мусных почв Южных степей. Да и участие слоя 0–20 см в опреде-

лении плодородия эфемерно из-за быстрой пересыхаемости этого

горизонта. Тем более, что за 100 баллов взято 7 % гумуса – это

утопично. Где же такие почвы встретишь на Дону? Введение на

равных с мощностью А+АВ и запасами гумуса в определении бал-

Окончание табл. 3.4

лов бонитета показателя содержания гумуса 7 % резко снижает

балльную оценку пашни.

При рассмотрении табл. 3.4 наблюдаются некоторые необъяс-

нимые недоразумения и географические парадоксы. Например, в

Белокалитвенском районе преобладают южные черноземы – балль-

ная оценка по гумусовому состоянию 48. В Волгодонском районе –

темно-каштановые почвы с балльной оценкой 62. И это при прак-

тически одном и том же количестве осадков (419 и 409). Далее, в

Советском районе выпадает 388 мм осадков и формируются южные

черноземы. В Цимлянском районе – тоже 388 мм, а распространены

темно-каштановые почвы. В Красносулинском районе осадков 418.

Почвы – черноземы обыкновенные мощные. В Кашарском осадков

примерно столько же (413 мм), а почвы черноземы южные среднемощ-

ные. Более парадоксально: в Матвеево-Курганском осадков 422 мм,

почвы черноземы обыкновенные мощные. В Миллеровском – при

большем количестве осадков (451 мм) формируются черноземы юж-

ные среднемощные.

Анализ бонитировочной балльной оценки сельскохозяйственных

угодий и климатических условий увлажнения позволяет сделать сле-

дующее заключение. В одних случаях балльная оценка земель по

климатическим условиям почти совпадает с оценкой по гумусовому

состоянию (Волгодонский, Веселовский, Егорлыкский, Зерноградский,

Кагальницкий, Кашарский, Красносулинский, Мартыновский, Моро-

зовский, Мясниковский, Неклиновский, Октябрьский, Орловский,

Песчанокопский, Семикаракорский, Сальский, Советский районы), а

в других наблюдаются различия более чем на 10 баллов (Азовский,

Аксайский, Белокалитвенский, Боковский, Верхнедонской, Дубовский,

Зимовниковский, Кашарский, Миллеровский, Милютинский, Облив-

ский, Радионово-Несветаевский, Тарасовский, Тацинский, Чертковский

районы). Совпадения балльной оценки земель по гумусовому состоянию

и климатическим условиям увлажнения закономерно при одном непре-

менном условии: исключительная однородность почвенного покрова.

Наоборот, резкое отклонение от балльной оценки угодий по

климатическим условиям в сторону снижения их производитель-

ности характерно для районов со сложной структурой почвенного

покрова в пределах подтипа чернозема (эродированность, неодно-

родность рельефа, материнских пород и т. д.).

Климатические условия и в первую очередь выпадающие осад-

ки в зоне степей определяют интенсивность биологического круго-

ворота, а следовательно, запасы органического вещества в чернозе-

мах и их количественный балльный бонитет, уровень плодородия.

В положительном решении сохранения экологического равнове-

сия в системе «почва-растение» существенное значение имеют био-

логические особенности культур, корневые и пожнивные остатки

которых на пашне являются практически единственными естест-

венными источниками восполнения гумуса и элементов минераль-

ного питания. Определено, что более всего остается в почве остатков

люцерны, озимой пшеницы по чистому пару, подсолнечника, менее

других – гороха и ярового ячменя. При повышении урожайности

культур, в частности от внесения удобрений, масса пожнивных и

корневых остатков также увеличивается, но в меньшей степени.

Из сельскохозяйственных растений наиболее эффективно на гу-

мусообразование влияют многолетние травы. В почвах под травами

среднегодовой прирост гумуса составляет 1,5–2,0 т/га. Однако для

кардинального решения гумусовой проблемы необходим комплекс-

ный подход к биологическим объектам – почвенным производным и

абиотической среде, к профильно-генетической и сравнительно-гео-

графической оценке почвы на учете пространственной и временной

вариабельности ее свойств. Основой сохранения почвенного плодоро-

дия и охраны окружающей среды является рациональное и экологи-

чески безопасное применение удобрений, комплекса противоэрози-

онных мероприятий, оптимальное сочетание сельскохозяйственных

культур с различными биологическими свойствами в севооборотах.

Полная утилизация и включение в биологический круговорот

всех растительных остатков – первое условие. Нельзя допускать

бесполезного и вредного сжигания жнивья и соломы. Горение – са-

мый быстрый и бесполезный способ высвобождения биологической

энергии. Сгорает не только стерня, но и гумус поверхностных сло-

ев, снижается биологическая активность почвы. Источником об-

разования гумуса, безусловно, являются органические удобрения,

коэффициент гумуфикации которых, по данным К. И. Довбан

(1990), составляет: подстилочный навоз – 0,20, солома – 0,68, ком-

пост – 0,07, зеленое удобрение – 0,05.

Таким образом, подводя итог анализу роли гумуса в определе-

нии плодородия почв, подчеркнем следующее:

1. Гумус и другие органические вещества почвенной массы после

минерализации представляют первостепенный источник

поступления в почвы доступных растениям элементов-био-

филов в концентрациях, близких к экологическим потребно-

стям организмов. При минерализации сложные органические

соединения при участии различных групп микроорганизмов

превращаются в простые химические вещества – воду, уг-

лекислый газ, а также анионы и катионы различных солей.

Продукты минерализации попадают в почвенные растворы

и в значительной степени становятся объектом питания

растений, т. е. вновь включаются в биологический кругово-

рот. Минерализация гумусовых веществ обеспечивает регу-

лярность и стабильность минерального азотного и фосфор-

ного питания живых организмов почвы.

2. Гумусовые вещества почв следует рассматривать как кон-

сервант солнечной энергии, которая была накоплена благо-

даря процессам фотосинтеза зелеными растениями в бес-

численном множестве неспецифических органических соеди-

нений, а затем трансформирована в вещества почвенного

гумуса. Постепенное ее высвобождение осуществляет энер-

гетическое обеспечение многих почвенных процессов, вклю-

чая плодородие почв. Следовательно, почвенный гумус имеет

конкретную калорийную энергетическую значимость.

3. Гумусовые вещества обладают физиологической активно-

стью, стимулируя рост и развитие корневых систем расте-

ний и микроорганизмов.

4. Гумус оптимизирует физическое состояние почв. При оценке

экологической роли гумуса всегда подчеркивается его положи-

тельное значение в связи с образованием агрономически цен-

ной структуры, которая в конечном счете создает для рас-

тений благоприятные водно-воздушные свойства. Главную

структурообразующую роль выполняют гуматы кальция и

железа. Это очень водоустойчивые структурообразователи

с высокими клеящими свойствами. Они обеспечивают форми-

рование в почвах зернистой и пористой структуры, устойчи-

вой к разрушающему действию воды.

5. Влияние гумусового содержания на плодородие почв неоднознач-

но. Не для всех растений соблюдается закономерность: боль-

шее содержание гумуса отвечает высокому уровню плодородия.

Некоторые культуры безразличны к гумусовому содержанию

почвы. Это картофель, гречиха, арбуз. Они прекрасно произра-

стают как на многогумусных почвах, так и на низкогумусных.

А для виноградной лозы и табака на почвах с высоким содержа-

нием органического вещества резко снижается качество урожая.

Виноградники на почвах богатых гумусом дают продукцию с

высокой кислотностью и низкой сахаристостью, а табак – не-

удовлетворительно ароматизирован. Богатые почвы обычно

считаются неудовлетворительными для этих растений.

3.2.элементныйсоставпочв

иегоэкологическоезначение

Почва состоит из минеральных, органических и органо-мине-

ральных веществ. Источником минеральных соединений почвы

являются горные породы, из которых слагается твердая оболоч-

ка земной коры – литосфера. Органические вещества поступают

в почву в результате деятельности живых организмов, населяю-

щих почву. Взаимодействие минеральных и органических веществ

создает сложный комплекс органо-минеральных соединений почв.

Минеральная часть составляет 80–90 % и более массы почв и толь

ко в органогенных почвах снижается до 10 % и менее.

В составе почв обнаружены почти все известные химические

элементы. Средние цифры, показывающие содержание отдельных

элементов в литосфере и почвах, называют кларками. Содержание

отдельных химических элементов в литосфере и почве колеблется

в широких пределах (табл. 3.5.).

Таблица 3.5

Содержание(ввесовыхпроцентах)химическихэлементов

влитосфереипочвах(поВиноградову,1962)

Элемент Литосфера Почва Элемент Литосфера Почва

О 47,2 49,0 Mg 2,10 0,63

Si 27,6 33,0 C 0,10 2,00

Al 8,80 7,13 S 0,09 0,085

Fe 5,10 3,80 P 0,08 0,08

Ca 3,60 1,37 Cl 0,045 0,01

Na 2,64 0,63 Mn 0,09 0,085

K 2,60 1,36 N 0,01 0,10

Литосфера состоит почти наполовину из кислорода (47,2 %),

более чем на четверть из кремния (27,6 %), далее идут алюми-

ний (8,8 %), железо (5,1 %), кальций, натрий, калий, магний (до

2–3 % каждого). Восемь названных элементов составляют более

99 % общей массы литосферы. Такие важнейшие для питания

растений элементы, как углерод, азот, сера, фосфор, занимают