Вальков В.Ф., Казеев К.Ш., Колесников С.И. Экология почв. Часть 1. Земельный фонд и плодородие почв

Подождите немного. Документ загружается.

ленные закономерности. 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 присутствует ион натрия

в избыточных концентрациях. Он создает щелочную, почти безжизненную

реакцию среды, вызывает появление соды, резко ухудшает физические и

водные

свойства почв.

Отрицательно сказывается на уровне плодородия почв присутствие по-

вышенных концентраций легкорастворимых солей, сульфатов и хлоридов на-

трия, кальция, магния. Это явление, называемое солончаковатостью почв,

вызывает у культурных растений нарушение минерального питания, погло-

щение воды и обмена веществ. В результате на засоленных почвах сельско-

хозяйственные культуры дают низкие урожаи.

Причем плодородие засолен-

ных почв тем ниже, чем больше концентрация солей и чем ближе к поверх-

ности почвы накапливаются вредные соли.

При выходе на поверхность коренных пород в почвах увеличивается

количество скелета, т.е. содержание камней и щебня. Этот материал умень-

шает общие достоинства почвы за счет его инертности. В скелетных

почвах

снижается объем активной почвенной массы, становится меньше гумуса,

уменьшается влагоемкость. Все это приводит к снижению урожайности рас-

тений. Чем больше в почве каменистых частей, тем хуже почва.

Продуктивность в ряде случаев снижается из-за повышенной уплот-

ненности профиля. В уплотненных почвах возникают неблагоприятные агро-

номические свойства, увеличивается доля твердой

части почвы и доля, зани-

маемая недоступной влагой. Чем суше почва, тем большее угнетение испы-

тывают растения от повышенной плотности. Общеизвестны следующие не-

благоприятные качества плотных почв: ухудшение структурного состояния,

снижение водопроницаемости, развитие поверхностного заболачивания, при-

водящего к вымоканию посевов.

2.3. ЭКОЛОГИЧЕСКАЯ КОНКРЕТНОСТЬ ПЛОДОРОДИЯ ПОЧВ

Главный парадокс плодородия заключается в том, что все почвы обла-

дают плодородием, и в то же время нет вообще плодородных земель. Их пло-

дородие очень конкретно. Еще в I в. римский ученый-философ Плиний

Старший отмечал:

Почва, которую украшают высокие и стройные деревья, далеко не са-

мая лучшая, если не считать ее пригодность для самих деревьев.

Различные почвы не могут быть одинаково хороши для всех растений.

Экологические особенности растительных организмов крайне разнообразны

в отношении требований к почвенным условиям: к реакции среды, физиче-

ским свойствам, гранулометрическому

составу и даже к богатству органиче-

ским веществом и элементами питания. Например, чай и люпин растут толь-

ко на кислых почвах, а люцерна предпочитает нейтральные и слабощелочные

почвы. Для зерновых культур оптимальны тяжелые структурные почвы, а

картофель, бахчевые культуры и черешня лучше растут на легких почвах. На

богатых в отношении элементов

питания и органического вещества почвах

не размещают плантации виноградников и табака из-за резкого ухудшения

качества продукции, а конопля и овощные культуры требуют очень богатых

почв. Поэтому на практике почвы всегда разделяются на более благоприят-

ные для полевых культур, для садов, для виноградников, для картофеля, для

огородов, для чайных плантаций

и т.д. Так что одна и та же почва для одних

растений может быть плодородной, для других – малоплодородной.

В этой особенности почвенного плодородия заложена основа рацио-

нального, т.е. в наибольшей степени отвечающего почвенным условиям, раз-

мещения сельскохозяйственных растений, направленного на оптимальную

специализацию сельскохозяйственного производства. Изучение почвенного

покрова, почвенное

районирование позволяют выделить территории с наибо-

лее благоприятными природно-почвенными условиями для разных направле-

ний сельского хозяйства, для разных культурных растений. С особенностями

почвенного плодородия связано развитие зернового хозяйства, льноводства,

хлопководства, виноградарства, табаководства, садоводства, субтропическо-

го плодоводства и др.

Учитывая экологические особенности культурных растений, плодород-

ная почва должна обладать следующими качествами

• Соответствовать по своим свойствам экологическим особенно-

стям возделываемых культур. Например, богатые черноземные почвы –

лучшие пшеничные земли, на легких почвах хорошо растет картофель и бах-

чевые культуры, тяжелые пойменные земли – оптимальны для риса, чай и

люпин растут только на кислых почвах, а люцерна предпочитает нейтраль-

ные и слабощелочные, и т

.д.

• Обеспечивать растения минеральными веществами. Доступность

и количество этих веществ неравнозначны для разных культур. Овощи и ко-

нопля требуют почв, богатых органическим 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 гумусом, снижая урожайность и

качество продукции.

• Обладать оптимальным и устойчивым запасом влаги. И здесь

экологический оптимум отличается широким разнообразием. Рис возделы-

вают при затоплении, для овощных культур необходимо хорошее, но не из-

быточное увлажнение, а виноград и сорго нормально вегетируют при влаж-

ности почвы, которая для большинства растений

означает их гибель от засу-

хи.

• Быть достаточно рыхлой и иметь комковато-зернистую или

ореховатую структуру, что обеспечивает свободное и глубокое развитие

корневой системы растений. Черешня, яблоня, груша хорошо плодоносят

только на рыхлых почвах, слива же может нормально плодоносить на плот-

ных почвах, а для кукурузы, подсолнечника, люцерны плотные

почвы не

препятствие, наоборот, они их улучшают, мелиорируют.

• Обладать оптимальной теплоемкостью и теплопроводностью,

быть достаточно теплой для обеспечения жизнедеятельности соответствую-

щих растений. Здесь также характерно экологическое разнообразие. Холод-

ные условия необходимы для картофеля, брюквы, турнепса, а яблоня, груша,

слива и виноград не переносят высоких температур тропиков.

Человек отбирал растения для

культуры во всех природно-

климатических зонах, за исключением, по-видимому, только полярного поя-

са. В сельскохозяйственном производстве возделываются злаки из субтропи-

ческих и умеренных широт (пшеница, сорго, просо, рожь), клубнеплоды от-

носительно прохладных территорий (картофель, 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 типич-

но таежное растение, как брусника, и типично болотное, как клюква, стано-

вятся объектами сельскохозяйственного возделывания. Это свидетельствует

о бесчисленном разнообразии почв, которые были первоначально родными

для ушедших в культуру растений. Учение Н.И. Вавилова о центрах проис-

хождения культурных растений становится теоретической основой исследо-

ваний в области почвенной экологии сельскохозяйственных растений.

Культурные растения сохранили в своем генетическом фонде, пусть да-

же измененном многовековым воздействием человека, адаптивную реакцию

к первоначальной природной среде, первоначальным почвам, с которыми ко-

гда-то эти растения составляли оптимальное почвенно-экологическое един-

ство. Данное

единство определяло максимальную биологическую продук-

тивность. Поэтому для эффективного использования почвенного плодородия,

получения максимальных урожаев необходимо достигать такого же един-

ства между сельскохозяйственными растениями и культурными 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 унаследова-

ла экологические особенности своей родины. Арбуз практически безразличен

к содержанию в почве гумуса. Высокие урожаи этой культуры получают и на

многогумусных черноземах, и на малогумусных сероземах, светло-

каштановых, серо-бурых пустынных и бурых

полупустынных почвах при ус-

ловии обеспечения их влагой.

При достаточной рыхлости и структурности почв растения арбуза дают

неплохие урожаи на почвах тяжелосуглинистого и легкоглинистого грануло-

метрического состава, например на черноземах различных подтипов. Однако

экологическая особенность арбуза – давать высокую продуктивность и хо-

рошее качество на почвах легкого гранулометрического состава, в том

числе

и на слабогумусированных песках. Эти почвы малоценны для большинства

других сельскохозяйственных растений, и использование их под бахчевые

культуры наиболее эффективно. Нечувствительность арбуза к бедным лег-

ким почвам объясняется мощным развитием корневой системы, ее высокой

способностью использовать большие объемы почвы и материнской породы.

Корни арбуза проникают на глубину 4–5 метров и охватывают

объем 7–10 м

почвенной массы. Мощная корневая система обеспечивает относительную

засухоустойчивость этой культуры, однако арбуз положительно реагирует

резким возрастанием урожайности и на достаточную влажность почвы. Че-

редование сухих и влажных сезонов характерно для саванн Южной Африки.

Родина картофеля – горные районы Чили и Перу. Здесь прохладный

климат, легкие опесчаненные почвы с слабовыветренными минералами, обо-

гащенные калием. Это и обусловило формирование определенных экотипов

картофеля, находящих оптимальные условия в нежарком влажном климате,

на легких почвах (серые лесные, дерново-подзолистые, черноземы оподзо-

ленные и др.) при повышенном калийном питании.

Родина

гречихи – высокогорные влажные районы Азиатского материка

(Индия, Гималаи) с промытыми небогатыми почвами. Поэтому гречиха –

влаголюбивое растение, корневая система которого, выделяя различные ор-

ганические кислоты, способна разлагать минералы и обеспечивать себя эле-

ментами минеральной пищи и, главным образом, фосфатами. Нетребова-

тельна гречиха и к гумусовому содержанию почв. Наоборот, урожайность

зерна гречихи

снижается на богатых гумусом черноземах. Требует гречиха

для своего развития также легких почв.

Наконец, главная наша культура полей – пшеница – имеет несколько

близких по природным условиям центров происхождения. Это Передняя и

Средняя Азия, Средиземноморье с умеренно влажным и умеренно сухим

климатом. Здесь распространены коричневые почвы, которые по всем своим

характеристикам очень

близки к черноземам. В них достаточно высокое со-

держание гумуса и зольных элементов, нейтральная реакция среды, рыхлое

структурное строение, хорошие физические свойства при умеренно тяжелом

гранулометрическом составе. Именно этим характеристикам отвечают луч-

шие пшеничные земли мира – черноземы Евразии, черноземовидные почвы

североамериканских прерий и руброземы Аргентинской пампы. Произошла

лишь некоторая эколого-климатическая

переориентация пшеницы: из суб-

тропического растения она стала типичной сельскохозяйственной культурой

суббореального пояса, сохранив, однако, все экологические требования пе-

риода вегетации. Субтропическим прибежищем пшеницы стали пампасы

Южной Америки, где, кстати, дикие ее формы не встречаются.

Субтропики со средиземноморским типом климата, в силу исторически

сложившегося развития агрокультуры, стали главным мировым центром

ти-

пичных субтропических многолетних растений: цитрусовые, маслина, ин-

жир, гранат и др. Попытки вывоза этих культур за пределы в более прохлад-

ные или более теплые регионы не принесли положительных результатов.

Такие примеры характерны практически для всех культурных растений,

разве, пожалуй, исключая только рожь, которая вошла в культуру, будучи

сначала сорным растением. А махорка стала культурным растением благода-

ря селекции. Именно селекционеры из вида Nicotiana tabacum создали вид

Nicotiana ructica с его особыми экологическими требованиями.

В опубликованном в 1926 г. труде Н.И. Вавилова «Центры происхожде-

ния культурных растений» впервые были названы очаги формирования, в ко-

торых сосредоточены природные прообразы всего культурного

растительно-

го мира. Таких очагов оказалось пять: Юго-Западная Азия, Горный Китай,

Эфиопия (Абиссиния), Средиземноморье и Центральная и Южная Америка.

Позже, в 1935 г., подводя итоги экспедиций, охвативших до 60 стран

мира, включая и Советский Союз, Н.И. Вавилов опубликовал труд «Ботани-

ко-географические основы селекции». В нем представлено оригинальное

учение о

географическом распределении сортовых растительных богатств

земного шара. В этом труде ученый установил восемь основных очагов ми-

рового земледелия: I – Китайский, II – Индийский, IIа – Индийско-

Малайский, III – Среднеазиатский, IV – Переднеазиатский, V – Средиземно-

морский, VI – Абиссинский, VII – Южно-Мексиканский и Центрально-

Американский (Перуано-Эквадоро-Боливийский).

Главные регионы происхождения культурных растений Старого Света:

Китай, Индия, Передняя и Средняя Азия, Закавказье, Средиземноморье

Из Китая происходят: пшеница (широколиственная), просо, чумиза, гао-

лян, овес (голозерный), соя, хлопчатник китайский, ямс китайский, китайские

виды капусты, редька масличная и овощная, китайские виды конопли, от-

дельные виды плодовых и цитрусовых, китайский вид сахарного тростника.

Индии принадлежат культурные виды аборигенного происхождения: рис,

нут, фасоль, индийский вид сахарного тростника, хлопчатник

индийский, ко-

нопля индийская, виды ямса и амаранта, перилла, джут, кенаф, баклажан,

огурец и многие другие культурные растения.

Закавказье – родина многих видов пшеницы и ячменя, вики, многих ви-

дов плодовых (виноград, инжир, гранат, орешник, груша, айва, алыча, кизил,

черешня и др.), встречающихся в настоящее время в диком состоянии.

Средиземноморские страны обогатили

культурную флору такими расте-

ниями, как: овес византийский и песчаный, люпин, свекла сахарная, капуста,

цикорий, брюква, репа, морковь, мята перечная, маслина, миндаль, гранат,

лавр благородный, каштан и пр.

К африканским аборигенным культурам относятся: арбуз, африканское

просо, виды сорго, местный вид риса, горох, клещевина, виды кунжута,

пальма масличная, виды кофе и т.д. Северная Африка (область Средиземно-

морья) служит родиной маслины и финиковой пальмы. Аборигенные культу-

ры Эфиопии – нут, кофе, местные виды гороха, бобов; очень разнообразны

виды и подвиды пшеницы и ячменя.

Америка является родиной кукурузы, фасоли, томатов, какао, батата,

подсолнечника, картофеля, маниока, тыквы, перца, папайи

, авокадо, агавы,

хинного дерева, табака и др.

На протяжении тысячелетий происходила миграция культурных и ди-

корастущих растений. Часто культурные растения переселяются из стран их

вторичного освоения. Иногда их дикорастущие формы встречают на значи-

тельных площадях в странах, далеких от аборигенного происхождения, если

экологические условия климата и почв почти идентичны первоначальным.

Такое явление, в частности, наблюдается в отношении абрикоса, грецкого

ореха и других растений в лесах Кавказа и Средней Азии, а также цитрусо-

вых культур в Южной Америке.

Экологически оценивать отдельные характеристики почв и почвенный

покров в целом в отношении плодородия для растений следует весьма ос-

мотрительно. Почва – целостная система, где все

взаимосвязано и взаимо-

обусловлено. Одно качество, положительное для тех или иных растений,

может быть отрицательным для других.

С позиций эколога все растения можно объединить в три группы:

• растения широкого экологического оптимума,

• растения ограниченного экологического оптимума,

• растения узкого экологического оптимума.

Оптимум имеет очень конкретное содержание и разделяется, прежде

всего, на биоклиматический и почвенный.

Биоклиматические условия произрастания растений предусматрива-

ют отношение их к следующим показателям: температура, тепло, хладо-

стойкость, морозоустойчивость, жароустойчивость, продолжительность

вегетационного периода, необходимость периода покоя, водоустойчивость,

засухоустойчивость, влаголюбивость, продолжительность светового дня,

интенсивность инсоляции и др. Почвенный оптимум для растений широк и

разнообразен и является основным содержанием учения о

плодородии почв.

Основные составляющие почвенных условий, которые для разных рас-

тений имеют широкий, ограниченный или узкий оптимум, таковы: органиче-

ское вещество, мощность корнеобитаемого слоя, рН, гранулометрический со-

став, физическое состояние почвы, почвенная влага, элементы минерального

питания растений и т.д. Это отдельные частные характеристики почв, кото-

рыми обладает любая почва в разном количественном проявлении. Практик и

исследователь имеет дело с конкретными почвами, разнообразие которых ве-

лико и зависит от притока на поверхность Земли тепла и влаги. Центры

про-

исхождения растений в преобладающем большинстве насыщены конкретным

биоклиматическим и почвенным содержанием (табл. 4).

Как бы далеко ни ушли культурные растения в своем внешнем сомати-

ческом проявлении, созданном творчеством человека, они сохранили практи-

чески неизменным свой генетический фонд. Этот фонд закрепил в себе эко-

логическую приспособленность к условиям внешней биоклиматической и

почвенной среды, к условиям обитания далеких предков. Однако обширность

биоклиматического ареала отдельных растений не гарантирует им всеобщий

почвенный экологический оптимум.

2.4. ПЛОДОРОДИЕ ПОЧВ И ПРОДУКТИВНОСТЬ БИОГЕОЦЕНОЗОВ

Свойства почвы, ее богатство в утилитарно-агрономическом смысле не

всегда совпадают с продуктивностью природных растительных сообществ.

Часто наблюдаются явные противоречия: крайне бедные, промытые, выще-

лоченные почвы служат субстратом для экстрапродуктивных биогеоценозов.

Разительным примером этого служат постоянно влажные дождевые тропиче-

ские леса на красных и желтых аллитных (ферраллитных) почвах. Гилеи по

обилию

биомассы и количеству растительного опада намного превосходят

все природные растительные сообщества. Почвы же, на которых развиваются

гилеи, настолько бедны элементами питания, что при вовлечении их в сель-

скохозяйственное производство едва могут обеспечить получение трех-

четырех удовлетворительных урожаев.

В естественных условиях плодородие почв неразрывно связано с соот-

ветствующим этим почвам биоценозом

и является результатом развития при-

родного почвообразовательного процесса. Единство компонентов биоценоза

неминуемо ставит нас перед необходимостью оценить продуктивность био-

геоценозов не только как результат почвенных условий, но и как экологиче-

ские особенности самих растительных сообществ. В данном случае не почва

и ее свойства определяют объем биомассы сообщества («урожай»), а само

природное

сообщество регулирует этот объем и поддерживает его на уровне

эволюционно сложившегося равновесия составных частей биогеоценоза. Ес-

тественные биоценозы сами обеспечивают свойственную им биологическую

продуктивность.

В решение вопроса «почва–плодородие–естественные биоценозы» зна-

чительный вклад вносит концепция В.В. Пономаревой (1972). Автор подчер-

кивает огромное значение в экологии растений условий водно-минерального

питания. Связи лесов с влажным климатом имеют сложный характер

и могут

быть выражены схемой: влажный климат→ сильное вымывание (элювииро-

вание) → лес как элювиально-устойчивый тип растительности. Лесные био-

ценозы хорошо переносят обильное увлажнение и выщелачивание веществ

атмосферными водами. Сущность приспособления состоит в накоплении и

удержании лесом необходимых ему запасов элементов-органогенов не в поч-

ве, из которой легко

идет вымывание, а в более надежном хранилище – в

биомассе. В.В. Пономарева подчеркивает, что биологический круговорот

элементов в лесах приближается к непосредственному обмену между орга-

низмами и их отмирающими остатками. Поэтому настоящие леса – таежные

и тропические – не образуют высокоплодородных в сельскохозяйственном

смысле почв. Более того, лес способен максимально использовать самые

бедные местообитания (кварцевые пески и др.), проявляя высокую продук-

тивность. В лесах продуктивность биоценозов не совпадает с плодородием

почвы в форме ее богатства элементами питания.

В экологическом отношении степные растительные сообщества резко

отличаются от лесных. Степная растительность живет на собственном поч-

венно-водно-минеральном питании, вследствие чего она развивает мощную,

глубоко

проникающую в почву корневую систему и формирует в зоне рас-

пределения своих корней богатейшую природную кладовую питательных

элементов – почвы черноземного типа. В этом случае продуктивность биоце-

ноза зависит от свойств самой почвы. Между типично лесными (тайга, гилея)

и типично степными (луговая степь, высокотравная саванна) биогеоценозами

существуют весьма разнообразные формы природных

сообществ, в которых

в разной степени участвуют в создании биомассы как сама растительность,

так и свойства и богатство почвы. К таким биогеоценозам со сложным био-

логическим круговоротом относятся широколиственные леса с серыми и ко-

ричневыми лесными почвами, листопадные сезонно-влажные тропические

леса и пр.

Понятие плодородия в применении к естественным условиям теряет аг-

рономическое содержание, так как способность удовлетворять потребности

растений в элементах питания и воде присуща не только почве, но самому

биологическому сообществу. В ряде случаев эта функция почти полностью

переходит к биоценозу (тайга, гилея), хотя первоосновой накопления элемен-

тов в биомассе все

же остается почва и ее материнская порода. Следователь-

но, не всегда по объему естественной биомассы можно сказать об агрономи-

ческом уровне плодородия. В ряде случаев чрезмерное обилие биомассы

вводит неискушенного наблюдателя в заблуждение относительно истинного

богатства почвы.

В связи с этим особое значение приобретают вопросы охраны лесных

почв. Многочисленные примеры

освоения тропических почв без достаточной

их изученности и окультуривания свидетельствуют о полной деградации

почв по пути образования латеритных панцирей. Естественный тропический

лес на латеритизированных почвах не восстанавливается, а продуктивность

вторичных лесов значительно ниже их исходного уровня. В наших условиях

умеренного пояса природоохранными объектами являются леса на песках,

особенно кварцевых, леса на

гранитах, кварцитах, диабазах, гнейсах и других

массивно-кристаллических породах, леса на крутых склонах с маломощными

почвами и т.д. Все эти почвы удобные для лесов, крайне неблагоприятны в

агрономическом отношении и требуют капитальных затрат на окультурива-

ние.

Лесные сообщества в своем большинстве развиваются в условиях влаж-

ного климата. К ним

относятся таежные хвойные леса с подзолистыми поч-

вами в бореальном поясе, широколиственные леса дубово-буково-грабовые с

бурыми лесными почвами в суббореальном поясе, леса влажных субтропиков

с красноземами и желтоземами, постоянно влажные тропические леса с крас-

ными и желтыми аллитными почвами и многие другие.

Влажный климат лесов создает в почвах промывной

водный режим: ко-

личество осадков превосходит возможность расхода влаги на транспирацию

и испарение. В почвах остается избыток воды, которая постоянно промывает

почвенные горизонты и уходит в грунтовые воды. Растворимые в воде веще-

ства должны были бы вымываться из профиля почвы. Однако выноса пита-

тельных веществ из почвы в грунтовые воды

практически не происходит.

Лесные фитоценозы сформировались как элювиально-устойчивый тип расти-

тельности. Они хорошо переносят обильное увлажнение и выщелачивание