НЕКОТОРЫЕ ПУТИ ПОВЫШЕНИЯ УСТОЙЧИВОСТИ ПЛОДОРОДИЯ ПОЧВ В ЛЕСОСТЕПИ ПОВОЛЖЬЯ

Органическое вещество почвы, являясь одним из основных компонентов педосферы, определяет биологическую продуктивность растений и животных, экологические функции почв в биосфере, сохранение и восстановление их плодородия, устойчивость биогеоценозов в целом.
Гумусовое состояние почв зависит от уровня поступления органического вещества, его состава и процессов трансформации. Нами проведен учет выхода пожнивно-корневых остатков (ПКО) в послеуборочный период и изучен продукционный процесс основных сельскохозяйственных культур, возделываемых в зоне. В экспериментах установлено, что количество ПКО на черноземе превышало более чем на 40% выход их на светло-серой лесной почве. Наибольшее поступление биомассы на обоих типах почв обеспечивал зернотравянопропашной севооборот. При этом количество ПКО возрастало в такой последовательности: на черноземе - картофель < горох < просо < кукуруза < ячмень (яровая пшеница) < озимые зерновые < клевер; на светло-серой почве – картофель < горох < овес < просо < озимая рожь < клевер.
Вместе с тем учет только пожнивно-корневых остатков не отражает реального прихода в почвы органического вещества, которое создается в продукционном процессе сельскохозяйственных культур. Нами установлено, что от 20 до 46% всей поступающей в почву биомассы было представлено отдельными органами, целыми растениями и сорняками, отмершими и разложившимися еще до уборки урожая. При этом фактическое поступление органического вещества в почву превышало величину ПКО у озимой пшеницы в 1,4 раза, у яровой пшеницы – в 1,2 раза, у клевера 2-х лет пользования – в 1,6 раза и у кукурузы на силос – в 1,3 раза.
Для анализа влияния антропогенных факторов, особенностей функционирования агроландшафтов и обоснования приемов повышения их продуктивности проводилось сравнительное изучение продукционного процесса агроценозов и естественных биоценозов луговой и ксерофитно-луговой степей, на которых сформировались почвы региона.
Продуцирование органического вещества в надземной части характеризовалось двумя процессами: накоплением зеленой фитомассы и частичным ее отмиранием (при этом часть ветоши трансформировалась в подстилку). Вследствие наложения продукционно-деструкционных процессов величина чистой продукции в надземной сфере превосходила максимальный запас фитомассы в луговой степи на 36%, в ксерофитно-луговой – на 27%, а в агроценозах у злаковых – на 12-16%, кукурузы – 9%, клевера – 22%.
В естественных фитоценозах, образованных многолетними растениями, приспособленными в результате длительной эволюции к выживанию за счет развития мощной и лабильной корневой системы, основная доля продукции создавалась в подземной сфере, а в агроценозах – в надземной. В неблагоприятные по погодным условиям годы в агроценозах происходило значительное уменьшение чистой первичной продукции, тогда как в степях этого не наблюдалось.
Запасы растительного вещества в подземной сфере фитоценоза луговой степи в слое 0-20 см были в 1,8 раза выше, чем в ксерофитно-луговой и в 1,6-3,2 раза больше, чем в агроценозах. Запасы живых и мертвых корней в этом слое были примерно равны, разложение отмирающих корней шло достаточно активно. В слое же 20-40 см подземная мортмасса превышала массу живых органов, что свидетельствует о незавершенности процессов распада органического вещества.
Несмотря на уменьшение запаса растительных остатков в агроценозах по сравнению со степными экосистемами, эти запасы были достаточно большими.
Мы считаем, что накопление значительного количества мертвого растительного вещества в агроценозах связано с уменьшением удельной скорости разложения мортмассы. Если в некосимой Попереченской степи время оборота ее со¬ставляло 0,60 года, то в агроценозах возрастало до 1,08-1,51. Удельная скорость разложения увеличивалась в ряду озимые зерновые < яровые зерновые< кукуруза < клевер.
Пополнение запасов свежего органического вещества в агроландшафтах происходит и при введении сидеральных культур. Наибольший выход растительной массы в сидеральных парах обеспечивали на черноземе выщелоченном – донник белый, на светло-серой лесной почве – редька масличная. В промежуточных посевах после уборки озимой ржи на зеленый корм и раннего картофеля большую массу создавали капустные культуры.
Для основных типов почв лесостепи Среднего Поволжья экспериментально определен баланс углерода и установлено количество органического вещества, необходимого для компенсации минерализационных потерь. Полученные данные свидетельствуют о том, что в светло-серых и серых лесных почвах для обеспечения бездефицитного баланса углерода требуется 7-8 т/га сухого вещества растительных остатков, в темно-серой лесной почве – около 9 т/га, а в черноземах – 11 т/га. В то же время установлено, что в агроценозах основных полевых культур в почву поступает 3-5 т/га сухого вещества, т.е. в 2 раза меньше. Это должно приводить к существенному снижению исходного уровня гумусированности. Однако мониторинг гумусового состояния черноземов лесостепи Поволжья в течение 20-35 лет свидетельствует о том, что они находятся в стационарном состоянии. Поэтому мы считаем, что в почвах, находящихся в сельскохозяйственном использовании длительное время, процессы минерализации гумуса существенно ослабевают за счет резкого уменьшения содержания легкоразлагаемого органического вещества.
Сельскохозяйственное использование нарушает естественный процесс гумусообразования, что связано в первую очередь с количеством и составом поступающих в почву растительных остатков и изменением условий их трансформации.
Стабилизация гумусового состояния пахотного оподзоленного и типичного чернозема глинистого и тяжелосуглинистого гранулометрического состава происходит при содержании С_орг около 3,5-4%, выщелоченного – около 4-4,5%.
При окультуривании пашни (севооборот, удобрения, система обработки почвы) стабилизация сменяется процессами расширенного воспроизводства гумуса, но интенсивность их меньшая, чем деградации. При этом действие агротехнических приемов проявляется по разному. Так, при систематическом (в течение 15 лет) внесении навоза (10 т/га в год) содержание С_орг. увеличилось по сравнению с исходным уровнем на 0,12%. Это не обеспечило сохранение запасов гумуса в пахотном слое, хотя и снизило их потери с 870 до 110 кг/га в год. При сочетании навоза с минеральными удобрениями (N_52-83P_48-78K_50-84) возросли как содержание, так и запасы гумуса. Одностороннее использование минеральных удобрений не оказывало существенного влияния на содержание гумуса.
Длительное возделывание многолетних трав в выводных полях севооборотов обеспечивало повышение гумусированности и серых лесных, и черноземных почв. Введение многолетних трав в полевые севообороты сохраняло исходное содержание и запасы гумуса.
Известкование среднекислого чернозема по-разному сказывалось на содержании органического вещества. При недостатке источников гумусообразования (на неудобренной почве и при использовании минеральной системы удобрения) под влиянием известкования содержание гумуса снижалось. При сочетании известкования с органическими удобрениями (навоз, навоз + сидераты) прослеживалась тенденция к увеличению гумуса.
Изучение широкого набора культур для самостоятельной и промежуточной сидерации на светло-серых лесных почвах лесостепи Среднего Поволжья позволило установить некоторые особенности их влияния на гумусовое состояние. Результаты наблюдений в течение 5-7 лет после заделки сидератов свидетельствуют о том, что почвы региона не обладают способностью к консервации продуктов разложения растительных остатков и свежеобразованных гумусовых веществ. Положительный эффект влияния зеленого удобрения был кратковременным (1-3 года) и по завершении ротации севооборотов не проявлялся. Отмечаемое в начальный период повышение гумусированности объясняется накоплением в почве не собственно гумусовых веществ индивидуальной природы, а предгумусовых соединений типа детрита и слаборазложившихся остатков растений.
Исследованиями установлено, что в составе лабильных компонентов органического вещества содержание легкоразлагаемого органического вещества (С_лов) увеличивалось от целинных светло-серых лесных почв к черноземам выщелоченным. Содержание других форм подвижного гумуса – лабильных гумусовых кислот (ЛГК) и водорастворимого органического вещества (ВОВ) – изменялось незначительно.
Распашка и длительное сельскохозяйственное использование почв привели к снижению С_лов в 2,5-3,0 раза по сравнению с целинными аналогами. Меньшее количество его отмечалось в почве зернопаропропашных севооборотов.
Отзывчивость различных групп органического вещества на применяемые системы удобрений была неодинаковой. При органической системе в большей мере возрастало содержание С_вов, а при органо-минеральной – С_лгк.
Применение самостоятельного зеленого удобрения на светло-серой лесной и черноземной почве вызывало в первые два года рост подвижных форм гумусовых веществ, которые не способны адсорбироваться на поверхности минеральных частиц почвы, а подвергаются интенсивной микробиологической трансформации. Усиление биологической и ферментативной активности почвы приводит к минерализации не только новообразованных гумусовых веществ, но может вызвать разложение и стабильных гумусовых соединений. Под действием донника и редьки масличной количество С_лов. (через год после заделки сидератов) возрастало на 38-43% по сравнению с исходным содержанием, затем происходило резкое его уменьшение. При этом значительных изменений фракционно-группового состава гумуса не происходило.
Изучение сезонной динамики С_лгк, С_лов и С_вов, проведенное в многолетнем опыте с удобрениями, показало, что содержание их снижалось от весны к периоду уборки урожая и вновь возрастало к осени после поступления ПКО. Отмеченные особенности обусловлены следующими причинами: частичной минерализацией лабильных гумусовых соединений микроорганизмами, включением их в состав более стабильных веществ индивидуальной природы, высокой подвижностью и способностью к миграции в почвенной толще, гидротермическими условиями вегетационного периода.
При использовании комплекса приемов, способствующих поступлению в почву свежего органического вещества, существенно возрастает способность гумуса противостоять внешним воздействиям (подкислению, минерализации и др.), что обусловлено во многом ростом содержания подвижных компонентов гумуса. Они выступают в роли средостабилизирующего фактора в отношении стабильных гумусовых соединений (и в первую очередь гуминовых кислот). Это проявляется в росте «относительной» устойчивости и ценности гумуса почв региона.
Таким образом. для оценки реального количества поступающего в почву органического вещества рекомендуется использовать уравнения регрессии зависимости массы пожнивно-корневых остатков от урожайности основных сельскохозяйственных культур с учетом поправочных коэффициентов к ним. Для стабилизации гумусного состояния почв и поддержания в них оптимальных запасов лабильного органического вещества особое внимание следует уделять севооборотам с 1-2-х летним использованием многолетних бобовых трав, с выводными полями занятыми посевами козлятника восточного, иметь до 30% сидеральных паров, возделывая в них одно- и двулетний донник, а после уборки раноубираемых культур – вводить промежуточные посевы капустных культур на зеленое удобрение. Подбор и оценку культур при совершенствовании севооборотов необходимо осуществлять не только по их продуктивности, но и по влиянию на количество и качество лабильного органического вещества, оставляемого предшественником, учитываемого по размеру высвобождаемого азота для последующих сельскохозяйственных культур.