Наукові основи родючості ґрунту та методи кількісної оцінки

Природа родючості: від ґрунтоутворення до управління врожаєм

Родючість — це ключова властивість ґрунту, що визначає його здатність бути не просто субстратом, а середовищем існування і головним посередником у забезпеченні рослин живленням, водою, повітрям, теплом і світлом. В агрономічній практиці родючість гарантує можливість індустріального ведення виробництва і визначає стійкість ґрунту до деградації. На відміну від материнської гірської породи, ґрунтовий покрив має високу динамічність і чітко реагує на зміну умов. Саме господарська діяльність людини справляє найсильніший вплив на поточний рівень родючості ґрунту.

Уявлення про те, чим зумовлена продуктивність земель, розвивалося паралельно з практичним землеробством. У давнину врожайність пов'язували з наявністю в ґрунті «жиру», «солей» або води, а якісні відмінності ґрунтів враховували при оподаткуванні та закріпленні сівозмін. Практичний поділ земель за рівнем продуктивності застосовувався ще в давніх цивілізаціях:

• У Стародавньому Єгипті виділяли «пшеничні» (що затоплюються), «водно-болотні» (для гідрофільних культур і пшениці) та «степові» (що не затоплюються Нілом) ґрунти, а також окремо відзначали землі садів і виноградників.
• У Китаї ще в IV ст. до н.е. ґрунти розділяли за кольором на «білі», «сині» та «жовті», що відповідало високому, середньому і низькому рівню родючості.

Сучасна наука розглядає родючість як результат природного ґрунтоутворення та агротехнічного впливу. Продуктивність сільськогосподарських культур оцінюють за сукупністю властивостей ґрунту та фактичною врожайністю. В основі цього процесу лежить планетарний механізм захоплення речовин живою матерією, а головне завдання агрономії — науково обґрунтоване підвищення родючості при пахотному використанні земель.

Кількісна оцінка та математичні моделі родючості

Для практичного планування врожайності та внесення добрив використовують два основні шляхи quantitative оцінки родючості ґрунту. Перший підхід ґрунтується на використанні бонітувальних шкал, другий — на математичному моделюванні зв'язку між властивостями ґрунту та продуктивністю рослин. Обидва методи дозволяють перевести якісні показники ґрунтового покриву в конкретні розрахункові величини.

Усі принципи та методи, що застосовуються при регіональних бонітуваннях ґрунтів, зводяться до двох напрямків:

• Оцінка на основі кількісного обліку показників властивостей ґрунту, що прямо корелюють з урожайністю.
• Складання бонітувальних шкал на основі даних урожайності з їх прив'язкою до конкретних груп і різновидів ґрунтів.

Другий шлях встановлення зв'язку врожаю з властивостями ґрунтів ґрунтується на використанні регресійних моделей. У дослідницькій та агрономічній практиці застосовують дві форми завдання функції родючості:

• Поліноміальна форма: y = a₀ + a₁x₁ + b₁x₁² + a₂x₂ + b₂x₂² + … + c₁x₁x₂
• Мультиплікативна форма: y = a₀q₁(x₁)q₂(x₂)…q_n(x_n)

У наведених рівняннях x₁…x_n позначають фактори родючості ґрунту, a₀, a₁, b₁, c₁ — емпіричні коефіцієнти, а q₁…q_n — функції, що визначають вплив окремих факторів на врожай.

Вибірковість культур: чому не буває абсолютно неродючих ґрунтів

Поняття родючості завжди конкретне і прив'язане до біологічних вимог вирощуваної культури. Ґрунт вважається родючим, якщо забезпечує рослини водою та живленням в оптимальному обсязі. Нестача або надлишок будь-якого фактора обмежує врожайність або призводить до загибелі посівів. Абсолютно неродючих ґрунтів не існує — будь-який тип ґрунту має властивості, сприятливі для певних видів рослин.

Екологічні вимоги культур до фізико-хімічних властивостей, реакції середовища (pH) та гранулометричного складу суттєво розрізняються. При підборі полів під сівозміну необхідно враховувати приуроченість рослин до ґрунтових умов:

• Важкі структурні ґрунти оптимальні для зернових культур.
• Легкі ґрунти кращі для картоплі, баштанних культур і черешні.
• Сероземи сприятливі для бавовнику, але неродючі для картоплі.
• Дерново-підзолисті ґрунти підходять для картоплі, але несприятливі для пшениці.
• Кислі ґрунти необхідні для росту чаю та люпину.
• Слаболужні ґрунти оптимальні для люцерни.
• Солончаки придатні для зростання солянок, що не здатні рости в інших умовах.

Види родючості: від природного потенціалу до економічної віддачі

В агрономії розрізняють природну, штучну та економічну родючість. Природна родючість формується без участі людини під впливом природних факторів ґрунтоутворення. Вона характерна для цілинних земель і оцінюється за річним приростом природної фітомаси. Наприклад, природний потенціал чорноземів суттєво перевершує показники дерново-підзолистих ґрунтів.

Штучна родючість формується на оброблюваних землях у результаті господарської діяльності людини. Її рівень визначається ступенем механізації, доступністю технологій та здатністю нейтралізувати несприятливі хімічні властивості ґрунту, створюючи оптимальні водний та повітряний режими. Основними прийомами створення штучної родючості виступають:

• оранка та періодичний механічний обробіток ґрунту;
• проведення меліоративних робіт;
• застосування мінеральних, органічних та бактеріальних добрив.

Ефективна (економічна) родючість являє собою фактичну реалізацію природної та штучної родючості у виробництві. При її оцінці враховуються не тільки ґрунтові властивості, але й місце розташування ділянки, логістика та спеціалізація господарства. Багаті на гумус та поживні речовини ґрунти при віддаленому розташуванні можуть поступатися за економічною цінністю біднішим, але зручно розташованим полям. Аналогічно, вузькоспеціалізовані ґрунти в зонах вирощування конкретних культур цінуються вище за землі з кращими загальними характеристиками.

• Річний приріст фітомаси на цілині — від 10 до 300 ц/га сухої речовини
• Фітомаса культурних рослин (Європейська частина РФ) — від 50 до 180 ц/га сухої речовини

Потенційна родючість – сумарна родючість ґрунту, що визначається її властивостями, як набутими в процесі ґрунтоутворення, так і створеними або зміненими людиною. Слово потенційна означає можливий, існуючий у потенції, прихований, той, що не проявляється. Отже, якщо говорити про потенційну родючість, то під цим терміном слід розуміти можливу родючість ґрунту, яка може проявитися за певних екологічних і технологічних умов. Завдяки цьому виду родючості є багато прикладів, коли урожайність низки культур на дерново-підзолистих ґрунтах вже може перевершувати урожайність, отримувану на чорноземах.

Ефективна родючість – частина потенційної родючості, яка реалізується у вигляді урожаю рослин за даних кліматичних (погодних) і техніко-економічних (агротехнологічних) умов.

Вона залежить від ступеня мобілізації за допомогою агротехнічних прийомів елементів потенційної родючості та від ефективності додатково привнесених факторів росту і розвитку рослин. Ефективна родючість – лабільний показник. Вона може змінюватися залежно від погодних умов, як у багаторічному циклі, так і протягом вегетаційного періоду рослин.

Відносна родючість – родючість ґрунту щодо певної групи або виду рослин. Як було зазначено вище, родючий для одних рослин ґрунт може бути безплідним для інших. Наприклад, на кислих ґрунтах не можна сподіватися на отримання високих урожаїв пшениці, тоді як біологічні особливості вівса та люпину дозволяють висівати їх на подібних ділянках; болотні ґрунти високородючі до болотної рослинності, але там практично не можуть рости інші види рослин. Тому здійснюється агровиробниче групування ґрунтів, на основі якого і здійснюється структура посівних площ та проєктуються еколого-контурні сівозміни. У цих сівозмінах найповніше враховуються взаємозв'язки та залежності біологічних особливостей і властивостей ґрунту.

Економічна родючість – економічна оцінка ґрунту у зв'язку з її потенційною родючістю та економічними характеристиками земельної ділянки.

Оптимальний рівень родючості того чи іншого ґрунту визначається таким поєднанням її властивостей і показників, за якого можуть бути найповніше використані всі життєво важливі для рослин фактори та реалізовані потенційні можливості вирощуваних сільськогосподарських культур.

До основних показників родючості ґрунтів відносять:

1) агрохімічні – гумус, рН водної та сольової суспензії, показники ґрунтового поглинального комплексу: сума обмінних основ, гідролітична кислотність, ємність обміну, ступінь насиченості ґрунтів основами (S, Нг, Т, V), валовий вміст і форми сполук макро-, мезо- та мікроелементів, необхідних для живлення рослин;

2) агрофізичні – гранулометричний склад, структурний стан, щільність складення та загальна пористість ґрунту, її водні, повітряні, теплові властивості та режими;

3) біологічні – загальне число мікроорганізмів та їх окремих груп, ферментативна активність, амоніфікуюча та нітрифікуюча здатність, інтенсивність розкладання целюлози в ґрунті, "дихання" ґрунту;

4) гідромеліоративні – рівень залягання ґрунтових вод та їх мінералізація;

5) рівень урожайності сільськогосподарських культур.