Управление факторами плодородия почв и методы мелиорации земель

Урожайность культур напрямую зависит от того, насколько свойства почвы близки к идеальным и как оперативно устраняются факторы, ограничивающие рост растений. Часто агроному приходится иметь дело не с одной локальной проблемой, а с целым комплексом негативных условий. Например, солонцы-солончаки сочетают в себе высокую щелочность, избыток солей и крайне неблагоприятные физические свойства, что требует комплексного мелиоративного подхода.

Ликвидация или минимизация лимитирующих факторов достигается с помощью мелиоративных и агротехнологических приемов. В таблице ниже систематизированы основные почвенные проблемы и проверенные способы их решения на практике. Эти меры помогают вернуть поле в продуктивное состояние.

Оптимальные параметры почвы для максимального урожая

На основе обобщения результатов многолетних полевых опытов были определены физические и химические свойства почвы, при которых зерновые культуры способны сформировать максимальный урожай. К ним относятся прочная зернистая или комковатая структура, суглинистый гранулометрический состав, хорошая аэрация и способность накапливать большие запасы доступной влаги. Эти ориентиры помогают оценить реальный потенциал конкретного поля.

• Плотность почвы — ≈ 1,1 г/см³
• Пористость — ≈ 60 %
• Реакция среды (рН) — 6,0–7,5

Важнейшим показателем потенциального плодородия остается уровень гумуса в пахотном слое. Для получения высоких урожаев зерновых культур содержание органического вещества должно соответствовать типу почвы. Ниже приведены ориентиры по типам почв для планирования системы удобрений:

• для легких дерново-подзолистых почв — не менее 2,5–3,0 %;
• для суглинистых дерново-подзолистых почв — 3,5–4,0 %;
• для серых лесных суглинистых почв — 4–6 %;
• для черноземов — 5–7 %.

Для полноценного питания растений в почве должно содержаться достаточное количество макро- и микроэлементов, а также подвижных соединений азота, фосфора и калия. Не менее важен высокий уровень биологической активности. Без этого даже при оптимальной структуре почвы растения будут испытывать дефицит питания.

Систематический контроль этих показателей позволяет вовремя скорректировать технологию обработки. Своевременное применение мелиоративных приемов защищает инвестиции в семена и удобрения. Это дает возможность полностью раскрыть генетический потенциал возделываемых культур.

Таблица 59 – Оптимальные значения почвенно-экологических показателей для полевых культур Сахарная Показатели Пшеница Кукуруза Люцерна Клевер Картофель Рис Гречиха Сорго свекла Мощность гумусового 60–150 60–150 40–150 20–100 20–80 20–80 20–40 10–20 50–150 горизонта, см Содержание гумуса, % 3–8 3–8 3–8 2–4 2–4 2–4 1,5–4 1–3 3–8 Запасы гумуса, т/га 250–600 250–600 250–600 200–350 200–350 150–400 100–300 50–100 250–600 рН 6,5–8,2 6,5–8,2 6,5–8,2 7–8,8 5,5–6,8 6–7 6,5 6,5–8 6,5–8,5 Плотность, г/см 1,35–1,40 1,35–1,50 1,30–1,35 1,35–1,50 1,35–1,50 1,30–1,35 1,40–1,50 1,35–1,40 1,35–1,40 Легкосу- Тяжелосу- Гранулометрический со- Тяжелосу- Тяжелосу- Тяжелосу- Суглини- Суглини- глинистый глинистый Суглини- Суглини- став, частицы менее глинистый глинистый глинистый стый 40–60 стый 30–45 и супесча- и глини- стый 30–45 стый 30–45 0,01 мм 45–60 45–75 30–50 ный < 25 стый 45–75

      Солонцеватость, Nа+, % от
                                       <5           <3           <6        Менее 7         <1         Менее 1        3–8           <1           3–8
      суммы обменных катионов
      Засоленность, плотный
                                      < 0,5        < 0,3       0,3–0,7      0,3–0,7       < 0,2        < 0,2       0,3–0,8        < 0,2       0,3–0,8
      остаток, %
      Влажность устойчивого
                                     1,5 мг       1,7 мг       1,6 мг        1,3 мг       1,7 мг       1,8 мг       2,0 мг       1,7 мг       1,1 мг
      завядания (ВЗ), к/мг*
                                                                                       Не допуска-
      Содержание СаСО3, %             0–6           0–5          0–5         0–10                      < 1,0         0–5           0-6          0-8
                                                                                           ется
      Сумма положительных
                                   2500–5500 3000–5000 2000–4000 2000–5000              800–5000     800–2300 4200–14000 900–3600 2000–12000
      температур более 10оС

ВЗ=к/мг, где мг – содержание максимальной гигроскрпической влаги в почве; к – коэффициент, зависящий от растения. Определяется в вегетационных сосудах.

Таблица 60 – Оптимальные значения почвенно-экологических показателей для многолетних насаждений Сахарный Финиковая Показатели Яблоня Черешня Слива Виноград Чай Смородина тростник пальма

      Мощность корнеобитаемой толщи, см     150–250       150–250      100–200       50–150         50–100         40–80       100–200        50–150
      Мощность гумусового горизонта, см                                                                                                    Не имеет зна-
                                            40–150         40–150       40–100        20–40          20–30         20–40        50–80          чения
      Содержание гумуса, %                                                                                                                 Не имеет зна-
                                              3–8           3–8           3–8        2,5–3,5          2–4           3–5          3–4           чения
      Запасы гумуса, т/га                                                                                                                  Не имеет зна-
                                            250–600       250–600      250–400       250–300        100–150        50–100       50–200         чения
      рН                                     6,5–8,2       6,5–8,2      6,5–8,2       6,9–8,5         3–4          6,5–8,2      6,5–8,2       8,0–8,8
      Плотность, г/см3
                                           1,35–1,45       < 1,35      1,40–1,50    1,35–1,40      1,35–1,40      1,35–1,40    1,35–1,45     1,35–1,45
      Гранулометрический состав, части-
      цы менее 0,01 мм                               Супесчаный и Тяжелосугли-
                                        Тяжелосугли-                           Среднесугли- Суглинистый Суглинистый Суглинистый Суглинистый
                                                         легкосугли- нистый и гли-
                                          нистый 35–60                             нистый 30–45      30–50         30–60        30–60         30–60
                                                         нистый < 25 нистый 45–75
      Солонцеватость, Nа+, % от суммы                                                             Солонцева-
      обменных катионов                                                                           тость невоз-
                                              <4             <3           <5           3–7           можна          <3           <3            5–12
      Засоленность, плотный остаток, %                                                            Засоленность
                                              0,20          0,15         0,50       0,40–0,60     не возможна       0,20        0,20          0,5–1,5
      Каменистость, % объема                  <5            <5           <5           5–10             <5           5–10       Менее 5         5–40
      Влажность устойчивого завядания
      (ВЗ), к/мг*                            1,4 мг        1,5 мг       1,6 мг        1,1 мг         1,8 мг        1,8 мг       1,6 мг        1,3 мг
      Содержание СаСО3, %
                                            0,3–10,0       0,3–2,0     0,3–10,0      0,3–40,0     Недопустимо     0,3–10,0     0,3–10,0      1,0–50,0
      Сумма положительных температур
      более 10оС                           2000–4000     2200–4500    2000–4500     3600–6000      4000–7000     1200–3600    6000–14000   6000–14000

Направлениях для развития плодородия почвы. Изменения свойств почвы в течение какого-то периода могут привести также и к трансформированию плодородия относительно исходного уровня. Следовательно, за вегетационный период, годичный, севооборотный цикл или за определенный период времени изменение плодородия может проявляться в виде неполного, простого и расширенного его воспроизводства.

Виды воспроизводства:

• Формирование плодородия почвы ниже первоначального уровня означает неполное воспроизводство.
• Возвращение почвенного плодородия к исходному уровню означает простое воспроизводство.
• Создание почвенного плодородия выше исходного уровня представляет собой расширенное воспроизводство.

Одной из задач расширенного воспроизводства плодородия почв является оптимизация наиболее ценных в агрономическом отношении свойств почвы с помощью различных способов и приемов его регулирования. Т.Н. Кулаковская (1980) при оценке плодородия и степени окультуренности почв по агрохимическим свойствам предлагает использовать комплексный агрохимический балл, отражающий степень соответствия основных свойств почв требованиям возделываемых растений.

В.А.Ковда (1998) подчеркивает, что расширенное воспроизводство плодородия почв должно всегда быть важнейшим принципом земледелия. Практическое решение этой задачи, по его мнению, не может ограничиваться мобилизацией природных ресурсов почв, а должно основываться, прежде всего, на возврате и возмещении использованной части. Необходимо также растущее обеспечение агроэкосистем дополнительной энергией и улучшение условий для повышения продуктивности фотосинтеза.

Типовая региональная система управления плодородием почв должна предусматривать:

• меры по устранению эрозии, засухи;
• уменьшение запасов в почвах гумуса и питательных веществ;
• широкое внедрение почвенных мелиораций;
• создание оптимальной биохимической, химической и физико-химической среды в почвах;
• комплексное использование всех известных путей повышения почвенного плодородия.

Кроме того необходима разработка новых приемов и методов повышения плодородия почв и урожаев культурных растений.

Одним из важнейших показателей плодородия почвы является содержание в ней гумуса. При длительном возделывании сельскохозяйственных культур, как показали многолетние исследования А.М.Лыкова (1976), наблюдается преобладание процессов его разложения (минерализации) над новообразованием (восполнением) и происходит постепенное снижение гумусированности почвы.

Основные способы регулирования баланса гумуса:

• Основной способ регулирования сбалансированного круговорота углерода, источника образования гумуса, в агроценозах – применение органических удобрений.
• Большое значение в стабилизации гумусового состояния почвы имеет периодическое выращивание в севообороте многолетних трав, гораздо в большей степени, чем другие культуры, обогащающих почву растительными остатками.
• На кислых почвах с малой буферностью выявлена высокая положительная роль известкования в снижении минерализации и подвижности гумуса.
• Систематическое внесение в севообороте одних минеральных удобрений, как правило, не предотвращает потерь гумуса, а лишь снижает за счет поступления в почву большого количества корневых и пожнивных остатков и их включения в процесс гумусообразования.

Анализ многочисленных результатов агрохимических исследований, проведенных в нашей стране и за рубежом, показывает, что воспроизводство азотного фонда почв возможно исключительно путем систематического применения органических удобрений. Внесение одних минеральных удобрений, как правило, позволяет лишь замедлить потери азота из почвы, обеспечивая лишь в отдельных случаях достижение уравновешенного баланса этого элемента в агроценозе.

Под воздействием фосфорных удобрений повышаются общие запасы минеральных соединений фосфора в почве и усиливается их подвижность. Последнее затрагивает также нижележащие горизонты почвы, что связано с перераспределением фосфатов в почвенном профиле, благодаря деятельности корневых систем, усилению подвижности обменных оснований, полуторных оксидов и гумусовых веществ, вследствие подкисления под влиянием физиологически кислых удобрений, главным образом азотных.

При длительном внесении калийных удобрений в почву, калий закрепляется в корнеобитаемом слое в обменной и необменной формах, сохраняя доступность растениям. Взаимодействие этих двух форм калия с его водорастворимой формой образует динамическую систему, предотвращающую его выщелачивание и обеспечивающую калийное питание растений.

Действие удобрений на плодородие в значительной степени зависит от буферности почв. Будучи высокоэффективным средством повышения устойчивости агроэкосистемы, удобрение при несбалансированном его применении может оказаться фактором, который ухудшает почвенное плодородие. Одна из основных причин так называемого "скрытого" негативного действия физиологически кислых азотных удобрений заключается в отрицательной реакции растений и микрофлоры почвы на повышение кислотности. Высокая концентрация водородных ионов в почвенном растворе угнетает жизнедеятельность большинства культурных растений и микроорганизмов, осуществляющих минерализацию азота и азотфиксацию. Избыточные нормы минеральных удобрений вызывают нарушение структуры почвенного микробиоценоза. В нем существенно возрастает численность сапрофитных грибов и актиномицетов, синтезирующих фитотоксические вещества. Подкисление приводит к нежелательному развитию и других почвенных процессов, снижающих устойчивость коллоидов, их поглотительную способность, а также увеличивает образование труднорастворимых фосфатов железа и алюминия. Одной из причин "скрытого" отрицательного действия повышенных норм минеральных удобрений на плодородие почвы может быть также накопление в ней балластных элементов, таких как хлор, фтор и тяжелых металлов, высокие концентрации которых обладают токсичным действием. Для снижения размеров поступления тяжелых металлов из почвы в растения рекомендуется внесение навоза и извести, которые снижают подвижность этих элементов. Поэтому регулирование кислотности почвы в оптимальных пределах является непременным условием устойчивого функционирования агроэкосистемы в условиях длительного применения минеральных удобрений на почвах с низкой буферной способностью.

При разработке мероприятий по повышению плодородия почв надо исходить из того, что факторы жизни растений равнозначимы, поэтому необходимо одновременное воздействие на комплекс этих факторов. Воспроизводство плодородия осуществляется двумя путями: вещественным и технологическим.

Вещественный путь включает применение удобрений, пестицидов, мелиорантов, т. е. связан со значительными материальными затратами. Второй путь связан с изменением свойств почвы, например в результате совершенствования способов обработки почвы. Затраты невелики, но эффект кратковременный, поэтому устойчивое повышение плодородия почв обязательно связано с большими или меньшими затратами. По данным А.И.Горбылевой (2002), эти мероприятия должны отвечать следующим требованиям.

Они должны способствовать постепенному приближению показателей свойств почвы к их оптимальным параметрам:

• Ведущим и быстродействующим фактором в этом направлении являются удобрения и мелиоранты. Их сочетание с расчетом на положительный баланс питательных веществ должно сопровождаться включением таких приемов и способов их внесения, которые, улучшая свойства почвы, не загрязняли бы окружающую среду и не вызывали вторичную кислотность.
• Большое значение имеет выбор способов обработки почвы, которые не должны ухудшать водно-физические свойства в связи с ее структурным состоянием из-за переуплотнения, а должны обеспечивать наилучшие условия аэрации и водоснабжения растений.

Следующим обязательным условием повышения плодородия почвы является введение плодосменных севооборотов, которые являются главным средством борьбы с токсикозом почвы и с почвоутомлением. Монокультура в большинстве случаев приводит к снижению урожая и ухудшению свойств почвы, связанному, как правило, с дегумификацией.

Методы активизации биологического круговорота и улучшения свойств почвы

Высокие урожаи и активная почвенная микрофлора заставляют корни растений интенсивно работать, вовлекая в биологический круговорот элементы питания из глубоких горизонтов почвы. Чтобы этот процесс шел непрерывно и приводил к расширенному воспроизводству плодородия, поле не должно пустовать. Агроному важно максимально уплотнить посевы и использовать естественные ресурсы почвы в течение всего теплого сезона.

Поскольку свойства почв различаются даже в границах одной природной зоны, универсальных шаблонов не существует. В каждом конкретном случае базовую технологию приходится дополнять специальными приемами для улучшения водно-физических свойств почвы. Решать эту задачу нужно комплексно: проводить культуртехнические работы, увеличивать долю бобовых культур в севооборотах, а также внедрять гидротехническую мелиорацию с двойным регулированием водного режима.