Воспроизводство эффективного плодородия почвы

В сравнении с другими средствами производства земля (поч­ва) имеет ряд особенностей, которые определяют объективную не­обходимость интенсификации сельского хозяйства.

Интенсификация сельского хозяйства — это процесс расширен­ного воспроизводства в сельском хозяйстве на той же земельной площади. Он осуществляется на основе вложения дополнительных средств и лучшего использования имеющихся фондов.

По мнению В. И. Ленина, расходы на удобрения, а также стоимость орудий и машин служат самым точным статистическим показателем степени интенсификации земледелия.

Интенсификация сельского хозяйства непосредственно связана с землей, ускорением научно-технического процесса. Механизация, электрификация, химизация, мелиорация земель, рационализация технологических процессов, повышение культуры земледелия и животноводства, углубление общественного разделения труда, применение научных достижений и передового опыта, более совер­шенных систем организации производства, сбыта, переработки и транспортировки продукции — основные пути интенсификации.

Почве как главному средству сельскохозяйственного производ­ства присущи специфические особенности: ограниченность, неза­менимость, неперемещаемость, способность повышать свое плодо­родие при правильном использовании.

Ограниченность земли заключается в том, что ее поверхность нельзя расширить. К настоящему времени все земли, которые не требуют капи­тальных затрат на мелиорацию при их освоении, уже находятся в распаханном состоянии. Дальнейшее расширение посевных пло­щадей связано со значительными затратами на осушение, ороше­ние, расчистку, раскорчевку и т. п.

В нашей стране еще не исчер­паны резервы земель, пригодных для сельскохозяйственного использования. По мере роста материально-технических возмож­ностей такие земли постепенно будут вовлекаться в активный сельскохозяйственный оборот. Пространственная ограниченность земли не означает ограниченности ее производительных сил, кото­рые поистине беспредельны. С ростом энерговооруженности сель­ского хозяйства прежде малопродуктивные земли, полупустынные и пустынные степи после их мелиорации превращаются в высо­копродуктивные угодья, цветущие оазисы.

Успешное развитие промышленности, производящей технические средства, минераль­ные удобрения и химические мелиоранты, транспортные средства и т. д., позволяет осваивать новые земли и повышать плодородие обрабатываемых земель. Однако по мере уменьшения размеров неосвоенных земель рост производства сельскохозяйственной про­дукции все более связывается с интенсификацией использования земли путем дополнительных вложений труда и средств.

Ограниченность земли вызывает необходимость проводить все сельскохозяйственные работы своевременно и на высоком агро­техническом уровне. От качества полевых работ в значительной степени зависит урожай.

Землю как средство производства заменить ничем нельзя. Ее незаменимость вызывает объективную необходимость повышения уровня интенсификации земледелия путем вложения дополнитель­ных затрат. Эти затраты позволяют получать с одной и той же площади больше продукции, так как земля под влиянием прош­лого (овеществленного) и живого труда улучшается. Иначе гово­ря, она, как и средства производства в промышленности, способна к воспроизводству плодородия. Современные культурные почвы в известной мере представляют собой продукт человеческого труда

Неперемещаемость земли состоит в том, что использование ее как средства производства связано с постоянством ее местонахож­дения.

Самой замечательной особенностью земли является ее способ­ность повышать свое плодородие при правильном использовании.

Свойство земли постоянно повышать свое плодородие при пра­вильном ее использовании является основанием для интенсифика­ции земледелия, расширенного воспроизводства плодородия вслед­ствие применения дополнительных затрат. Дополнительные вло­жения средств в сельское хозяйство связаны в основном с землей как главным средством производства. Поэтому очень важно знать, на каких землях дополнительные вложения труда и средств наи­более эффективны. Для этого необходимы сведения о почве, ее качестве, сравнительной хозяйственной ценности и наибольшей пригодности для того или иного вида использования.

Качественные показатели уровня плодородия и степени окультуренности почвы можно объединить в следующие три группы: биологические, агрофизические и агрохимические.

Биологические показатели плодородия и окультуренности поч­вы характеризуются прежде всего содержанием в ней органичес­кого вещества растительного и животного происхождения и ми­кробиологической деятельностью. Роль органического вещества — главного показателя плодородия почвы — очень велика. От него зависят ее агрохимические и агрофизические свойства, протекаю­щие в ней процессы, водно-воздушный, тепловой и питательный режимы, а также микробиологическая активность.

В почве органическое вещество находится в разных формах: а) в живых организмах, обитающих в почве или на ее поверхнос­ти; б) в остатках растений, животных и микроорганизмов, а так­же в виде внесенных в почву органических удобрений; в) в про­дуктах жизнедеятельности живых организмов; г) в почвенном растворе.

Основные источники органического вещества — растительные остатки. Количество их в пахотном слое колеблется от нескольких центнеров до 10 – т. и более. В виде отмерших микроорганизмов количество органической массы может достигать 6 т/га в год.

Основная масса органического вещества почвы находится в форме гумуса. По данным акад. И. В. Тюрина, запасы его в мет­ровом слое почвы различных типов неодинаковы: подзолистых — 99 т, серых лесных— 175—296, черноземах — 391—709, каштано­вых— 156—299, сероземах — 83, красноземах — 282 т/га.

В перегное содержится около 4,5 % азота. Азот перегноя со­ставляет 99 % и более общего азотного фонда почвы. Перегной является главным источником питательных веществ для растений и энергии для микроорганизмов. От его количества и качества за­висят кислотные свойства, насыщенность основаниями, емкость поглощения, буферная способность, а также влагоемкость, связ­ность, структурность, теплоемкость, теплопроводность почвы.

Источники пополнения органического вещества — раститель­ные остатки и органические удобрения. Так, масса корней зерно­вых культур при обычном рядовом посеве составляет 15—30 % общего урожая наземной массы. Примерно такое же количество растительных остатков остается в виде стерни. При хороших урожаях многолетних бобово-мятликовых травосмесей двухгодич­ного пользования на 1 га остается после их уборки до 100 ц кор­невых и поукосных остатков. По количеству остающихся на поле растительных остатков после уборки полевые культуры можно расположить в следующей последовательности: многолетние тра­вы, однолетние травосмеси на корм, озимые зерновые, яровые зер­новые, корнеплоды, картофель, лен.

Изменения количества органического вещества в почве под влиянием культур в течение одного-двух лет незначительны, но за 50—100 лет они становятся достаточно заметными. При этом возможны три случая: 1) в почве больше разлагается органичес­кого вещества, чем образуется, вследствие чего содержание его постепенно уменьшается; 2) количество разлагающегося органи­ческого вещества равно вновь образовавшемуся, причем содержа­ние его устойчиво; 3) органическое вещество постепенно накапли­вается в почве, поскольку разлагается его меньше, чем образу­ется.

Научными исследованиями установлено, что в систематически обрабатываемых почвах без внесения удобрений почти невозмож­но достичь бездефицитного баланса органического вещества. На­пример, хороший урожай (40 ц/га) зерна вызывает минерализа­цию 1 т гумуса (одна гумусовая единица).

Кроме зерна получают примерно столько же соломы. На по­жнивные и корневые остатки приходится около 50 % надзем­ной массы общего урожая. Следовательно, корневые, пожнив­ные остатки и солома составят 80 ц. Коэффициент гумификации растительных остатков зерновых равен 10 %. Значит, из 80 ц растительных остатков может образоваться только 0,8 т гумуса, а расходуется 1 т, причем не вся солома возвращается на поле в почву.

Таким образом, без компенсации использованных на образова­ние урожая элементов питания невозможно поддерживать даже простое воспроизводство почвенного плодородия. Оно в этих усло­виях может быть только суженным. Это положение полностью согласуется с законом сохранения вещества и энергии.

Исследованиями В. Е. Егорова (ТСХА) установлено, что толь­ко 40 % вносимого в почву навоза гумифицируется, а остальное  количество разлагается и используется растениями.

С навозом и другими органическими удобрениями в почву по­ступает много различных организмов, которые также играют важ­ную роль в окультуривании почвы. В связи с этим в начале XX века были предприняты попытки установить связь между уро­жайностью сельскохозяйственных культур и количеством микро­организмов в почве. Делались выводы (С. Ваксман), что на одной и той же почве урожайность изменяется пропорционально коли­честву микроорганизмов. Например, целлюлозоразлагающие бак­терии сами потребляют азот и фосфор, поэтому в результате их размножения урожайность снижается. Проф. М. В. Федоров (ТСХА) указывает на прямую связь урожайности с термофильны­ми бактериями (их количество зависит от внесенного в почву на­воза и ком постов).

При низкой культуре земледелия поля и почва бывают сильно засорены сорняками, их семенами и зачатками болезней и вреди­телей. Все это приводит к ухудшению условий жизни растений, к снижению урожайности. Важным показателем окультуренности почвы является отсутствие сорняков, их семян и вегетативных органов размножения, возбудителей болезней и вредителей сель­скохозяйственных культур.

Агрофизические показатели плодородия и окультуренности почвы, характеризуются ее механическим составом, структурой и строением. От них зависят физико-механические, технологические свойства, водно-воздушный, тепловой режимы, направление и ин­тенсивность микробиологических процессов, а также питательный режим почвы.

Механический состав — это природное свойство поч­вы. Он почти не изменяется под влиянием различных приемов окультуривания, но от него зависят общий объем почвенных пор, их размер, водопроницаемость и влагоемкость, аэрация и газооб­мен, тепловые свойства и температурный режим почвы.

Различные по величине частицы почвы обладают неодинако­вой способностью к коагуляции и агрегации, что связано с увели­чением их свободной поверхностной энергии по мере уменьшения размеров. Коагуляция коллоидных частиц — основа образования микроагрегатов почвы и в целом ее агрономически ценной струк­туры.

Структура почвы — это различные по величине и фор­ме агрегаты (комочки), в которых склеены почвенные частицы. Способность почвы в твердой фазе распадаться на отдельные агрегаты (комочки) называется структурностью. Важнейшими качествами (признаками) структуры почвы являются: размер, водопрочность (устойчивость к размывающему действию воды) и внутриагрегатная пористость. Структура почвы — важнейшее усло­вие почвенного плодородия.

По размеру комков различают следующие виды почвенной структуры: мегаструктура — комки размером более 10 мм в сред­нем диаметре, часть которых составляют глыбистую (крупнее 50 мм) и комковатую (10—50 мм) фракции; макроструктура — комочки диаметром 0,25—10 мм; микроструктура — комочки диа­метром от 0,25 и менее, которые называются пылью.

Агрономическую ценность представляет макроструктура (0,25— 10,0 мм). В оструктуренных почвах с макроагрегатами создаются наиболее благоприятные почвенные условия для жизни растений и полезных микроорганизмов (нитрификаторов). В распыленных, обесструктуренных почвах с капиллярными порами резко прояв­ляется антагонизм воды и воздуха.

Важным свойством агрегатов является их водопрочность, т. е. способность противостоять размывающему действию воды. Водо­прочность изменяется в зависимости от механического состава почв и возделываемых культур.

Агрономическая ценность почвенной структуры зависит также от пористости агрегатов. Большая пористость наряду с проч­ностью обеспечивает наилучшие физические свойства почвы и яв­ляется важной характеристикой структуры, а следовательно, пло­дородия и окультуренности.

Почва с хорошо выраженной макроструктурой обладает боль­шой общей пористостью. В такую почву хорошо проникает и со­храняется в ней вода атмосферных осадков. В то же время наи­более крупные межагрегатные поры остаются свободными от воды и заполняются воздухом. В структурных почвах устраняется антагонизм между водой и воздухом. В оструктуренных почвах создаются благоприятные условия для микробиологических про­цессов и превращения питательных веществ в соединения, усво­яемые растениями.

Макроагрегаты служат надежной защитой почвы от эрозии, особенно ветровой. По данным академика А. И. Бараева, порог развития ветровой эрозии соответствует размеру агрегатов от 0,5 до 1,0 мм. Если в самом верхнем слое почвы содержится 50 % и более таких агрегатов, то почва ветроустойчива.

Структурные почвы имеют меньшую связность, хорошо кро­шатся и рыхлятся при обработке; при меньших тяговых усилиях такие почвы качественнее обрабатываются по сравнению с бес­структурными почвами того же механического состава.

Таким образом, агрономически ценную структуру, почвы пред­ставляют агрегаты (комочки) диаметром 0,25—10 мм, обладаю­щие водопрочностью и большой внутриагрегатной пористостью. Однако структура почвы — это только один из показателей ее плодородия и окультуренности.

По различным причинам в почве постоянно протекают два противоположных процесса: образование агрегатов из механичес­ких элементов почвы (агрегация) и их разрушение (дезагрега­ция). Эти причины выделяются в три группы: механические, фи­зико-химические и биологические.

Механические причины — действие рабочих органов почвообрабатывающих машин и орудий, передвижение по поверх­ности почвы транспортных средств, тракторов, скота, людей и т. д. Агрегаты разрушаются каплями дождя и во время поли­ва. Наиболее сильному воздействию подвергается верхний слой почвы (до 10 см).

Физико-химические — взаимодействие одновалентных катионов с почвенным поглощающим комплексом, вследствие ко­торого происходит замещение двухвалентных катионов (кальция, магния) одновалентными (водорода, аммония, калия, натрия и др.). Это приводит к потере структурой водопрочности. Такие процессы наиболее активны в верхней (до 10 см) части почвы.

Биологические причины обусловлены биологически­ми процессами в почвенной среде. В результате этих процессов происходит минерализация органического вещества, в том числе и гумуса, способствующего склеиванию механических элементов почвы в микро- и макроагрегаты.

Аэробные процессы наиболее активно происходят в верхнем слое почвы (0—10 см), в который поступает больше кислорода.

Вследствие совокупного действия всех причин верхняя часть почвы больше обесструктуривается (процесс дезагрегации), за исключением тех случаев, когда она длительное время находится под многолетними травами.

Механизм же восстановления (агрегации) структуры почвы очень сложен и недостаточно изучен. В его осуществлении важ­ная роль принадлежит растениям, почвенным микроорганизмам, составу катионов почвенного раствора и другим факторам.

Строение почвы является также важным условием пло­дородия и зависит от ее механического состава и структуры. Поч­ва — сложная система, состоящая из твердой, жидкой и газооб­разной фаз. Для характеристики ее воздухоемкости и влагоемкости необходимо знать соотношение капиллярной и некапилляр­ной скважности. Но для определения строения почвы нужны дан­ные об объемах твердой фазы и видах скважности.

Понятие «строение почвы» нельзя подменять понятиями «сло­жение» или «плотность». Сложение почвы — это пространственное расположение ее агрегатов, характеризующее их упаковку, а плотность — объемная масса почвы, т. е. масса единицы объема.

По степени плотности принято различать три состояния почвы: 1) очень плотное — объемная масса их около 2 г/см3, общая скважность 23—25 %, почвенная масса в раздельно-частичном со­стоянии, влага при такой плотности не доступна растениям, по­скольку она адсорбирована механическими элементами; 2) сред­нее объемная масса 1,5—1,6 г/см3, скважность составляет 43—45 %, почвенная масса находится в микроагрегатном состоянии, почвенная влага содержится в капиллярах и доступна растениям; 3) рыхлое — объемная масса 1,10—1,15 г/см3, скважность равна 55—60 %, почвенная масса находится в микро- и макроагрегатном состоянии, почвенная влага доступна растениям, если ее содер­жится более 1,34 максимальной гигроскопичности.

Плотность почвы постоянно изменяется. Уплотнение происхо­дит в результате следующих причин: оседания почвы под влия­нием собственной массы, механического воздействия дождевой и поливной воды, особенно ливней; капиллярного давления; высы­хания и уменьшения объема почвы; оттаивания промерзшей поч­вы; уплотняющего действия машин, орудий. Почва разрыхляется вследствие набухания почвенных коллоидов при увлажнении, образования газов при разложении органического вещества, за­мерзания воды в почве, деятельности различных обитающих в почве животных, а также разрыхления почвы почвообрабатываю­щими орудиями.

Таким образом, в почвенной системе объективно постоянно протекают два противоположных процесса: уплотнение и разрых­ление твердой фазы почвы.

Искусственно изменяя плотность обрабатываемого слоя почвы, можно регулировать ее водно-воздушный и питательный режим, рост корневых систем, а следовательно, и продуктивность расте­ний. Значение плотности как показателя плодородия велико. Она носит ярко выраженный зональный характер.

Установлено, что почвы и с высокой плотностью, и очень рых­лые одинаково неблагоприятны для жизни растений. В то же вре­мя известно, что под влиянием самоуплотнения и саморазрыхле­ния твердая фаза почвы приобретает так называемую равновес­ную плотность. Если она выше оптимальной для какой-то культуры, то механическая обработка почвы на ту или иную глу­бину необходима. Если же она равна или ниже оптимальной, то к обработке прибегают лишь с целью уничтожения сорняков. Для почв с высокой плотностью характерна иммобилизация воды.

Так, при плотности около 2 г/см3 вода в почве находится в связанном адсорбционными силами частиц состоянии и не доступна растени­ям. Даже при плотности 1,5—1,6 г/см3 в тяжелых суглинистых почвах резко увеличивается количество не доступной для расте­ний воды. В плотной почве ухудшается диффузия газов и резко замедляется газообмен между почвенным и атмосферным возду­хом. Плотная почва оказывает большое механическое сопротивле­ние проникающей в нее корневой системе растений.

В сильно разрыхленных почвах усиливается диффузия водя­ных паров, что приводит к ее быстрому иссушению. Уменьшается также капиллярная влагоемкость почвы, ухудшается контакт се­мян и корневых систем с твердой фазой, что отрицательно сказы­вается на почвенных условиях жизни растений и их продуктив­ности.

Для улучшения структуры и строения пахотного слоя почвы необходимы следующие мероприятия: накопление органического вещества растительного происхождения; внесение органических и минеральных удобрений, в том числе извести, гипса; возделыва­ние в севооборотах многолетних трав, сидеральных и бобовых культур; создание глубоко окультуренного пахотного слоя и внед­рение прогрессивных систем обработки почвы; использование (в будущем) искусственных структурообразователей — веществ, с по­мощью которых формируются микро- и макроагрегаты почвы.

Агрохимические показатели плодородия и окультуренности почвы характеризуются обменной поглотительной способностью, реакцией почвенного раствора, окислительно-восстановительным потенциалом, наличием элементов питания в доступных для расте­ний формах.

Носителями обменной поглотительной способности почвы яв­ляются мелкодисперсные почвенные частицы, которые К. К. Гедройц назвал почвенным поглощающим комплексом. Сумма обменно-способных катионов, их состав и степень насыщенности осно­ваниями играют огромную роль в динамике физико-химических процессов почвы. От них зависят реакция почвенного раствора, буферность, агрегатность почвы и т. д.

На микробиологические процессы в почве и урожайность куль­тур отрицательно влияют повышенная кислотность или высокая щелочность почвенного раствора. Свободные кислоты накаплива­ются в результате постоянных физико-химических, биохимических, биологических процессов, происходящих в почве. Растения сами способны подкислять почвенный раствор. Азотная, фосфорная, угольная и другие кислоты являются следствием разложения органического вещества. Образование ряда органических кислот сопровождается синтезом и разрушением перегноя.

Большинство культурных растений лучше всего произрастают на почвах со слабокислой реакцией. Кислотность почвенного рас­твора влияет также на деятельность полезных микроорганизмов. Так, азотобактер не функционирует при рН 4,5—5,0; клубенько­вые бактерии люцерны гибнут при рН 4,0—4,8; у гороха, клевера, вики, люпина — соответственно при рН 4,6; 4,1; 4,6; 3,1. Нитри­фикация подавляется при рН 4,6—5,0.

Огромный вред растениям, причиняет щелочная реакция поч­венного раствора. Она опаснее, чем кислая, при одинаковом ин­тервале отклонения от нейтральной реакции (рН 7,0). Так, при рН 5,5 некоторые растения дают еще неплохой урожай, например озимая рожь, а при рН 8,5 угнетаются почти все растения, а мно­гие гибнут. Для жизни культурных растений нижний и верхний пределы рН равны 4 и 8.

Причиной снижения урожайности может быть также биологи­ческое изменение окислительно-восстановительного потенциала почвы. При низком потенциале угнетаются полезные микроорга­низмы, преобладают восстановительные процессы, образуются закисные соединения марганца, железа и других элементов, ток­сичных для растений. При очень высоком окислительно-восстано­вительном потенциале ухудшаются условия питания растений, поскольку многие элементы (марганец, железо) переходят в не­растворимое состояние. Пределы значений окислительно-восстано­вительного потенциала велики и в разных условиях Eh 0,2— 0,7 вольт. Важным мероприятием в регулировании Eh является создание благоприятного строения пахотного слоя почвы.

Наличие оптимального количества питательных веществ в до­ступных формах — важный показатель плодородия и окультурен­ности почвы.

Сдерживающими причинами окультуривания пахотного слоя почвы являются: большая мощность подзолистого горизонта; вы­сокая степень солонцеватости; высокий уровень грунтовых вод; наличие камней и валунов; большая засоренность полей; мелкая контурность участков; малая мощность пахотного слоя и другие.

Мощность пахотного слоя — важный показатель плодородия и окультуренности почвы. В мощном пахотном слое размещается значительная часть корней растений и микроорганизмов. У боль­шинства зерновых культур корни проникают глубже 1 м, иногда на глубину 1,5—2 м и распространяются вширь в диаметре 80—100 см. Основная масса, корней (до 70—90 %) сосредоточена в пахотном (0—25 см) слое почвы.

Так, по данным опыт­ной станции, в слое 0—25 см почвы было сосредоточено 90,2 % общей массы корней озимой пшеницы, у озимой ржи и ячменя со­ответственно 82,5—91,3 и 88,1 %. Корни кукурузы проникают на глубину 1,5—3 м, иногда — до 4 м и на 1,5 м вширь. Основная масса корней большинства культур сосредоточена в пахотном слое, но на черноземных почвах до 35—40 % их находится за его пределами. У сахарной свеклы, например, до 40—47 % мелких корней, отходящих от корнеплода, размещается глубже пахотного слоя (0—25 см).

От мощности и степени окультуренности пахотного слоя зави­сит обеспеченность растений водой и элементами зольного и азот­ного питания.

Большое количество живых корней и разлагающихся расти­тельных остатков способствует тому, что в пахотном слое почвы микробиологическая деятельность развивается лучше, чем в под­пахотном. Так, в отдельных слоях черноземной почвы обнаружено бактерий (в процентах от общего количества): в пахотном слое (0—30 см)—89,8%, в 30—40 см —5,1 %, в 50—60 см —2,6%, в 70—80 см —2,2%. Остальная масса их (0,3%) находится на глубине более 90 см. Количество актиномицетов в слое 0—30 см достигает 89,2 %. грибов — 74,3 %.

Наиболее активная микробиологическая деятельность наблю­дается в верхнем, преимущественно обрабатываемом слое почвы, где сосредоточена и основная масса корней.

Воспроизводство плодородия почвы — процесс очень сложный. Он включает постоянный синтез и увеличение содержания орга­нического вещества, особенно гумуса; образование соединений элементов зольной и азотной пищи растений в доступной для них форме; воссоздание и поддержание хорошей структуры и благо­приятного строения почвы; обеспечение слабокислой или близкой к нейтральной реакции почвенного раствора, а также высокой емкости поглощения и степени насыщенности основаниями с хо­рошим составом поглощенных катионов; отсутствие возбудителей зачатков болезней, вредителей и сорняков на полях и в почве.

Успешного осуществления расширенного воспроизводства пло­дородия почвы можно достичь при полном освоении научно обос­нованных зональных систем земледелия.

Возможно, Вас так же заинтересует:
Коммерческое предложение