Зависимость плодородия почвы от антропогенного влияния

Плодородие почвы — это способность почвы обеспечивать растения оптимальными условиями произрастания, в том числе элементами питания и влагой. В результате антропогенного влияния человека плодородие почвы может остаться в неизменном состоянии, улучшиться (при условии правильного проведения всех мероприятий), либо ухудшиться.

Когда ведется речь о плодородии почвы — подразумеваются определенные агрофизические и биологические параметры для каждого типа почвы. Для черноземов южных регионов, где сейчас проводятся наши исследования, тоже есть такие параметры. Это касается и мощности гумусового горизонта, процентного содержания гумуса, а также подвижных форм фосфора, обменного калия, учитывается количество продуктивной влаги в почве и ее рН.

Это те параметры, которые сложились в регионе благодаря естественным почвообразовательным процессам. Данные показатели в оптимальных параметрах позволяют проявить максимальный потенциал сельскохозяйственных культур. Однако согласно проведенным исследованиям, не в каждом хозяйстве показатели плодородия почвы достигают оптимальных параметров. Поэтому основной задачей специалистов, работающих на земле, является формирование этих самых оптимальных параметров для каждого конкретного региона.

Система No-Till позволяет прийти к естественному плодородию, к «золотому стандарту», характерному для определенного региона. Однако важно понимать, что для этого понадобится минимум 4-6 лет, а это достаточно длительный срок. Для ускорения процесса восстановления плодородия почв следует делать акцент на почвопокровные культуры.

В основном промежуточные культуры выращиваются в севооборотах в тот момент, когда есть какой-то свободный промежуток вре-мени между уборкой одной культуры и посевом следующей. И этот временной промежуток не должен быть меньше 1 месяца. В южных регионах после уборки пшеницы или ячменя до посева следующей культуры (как правило, это яровая культура) имеется промежуток времени около 9 месяцев, из которых всего 3 месяца зимы (а зима в условиях юга не всегда предполагает остановку вегетации на все три месяца). То есть как минимум полгода промежуточные культуры могут произрастать в условиях положительных температур.

Промежуточные культуры можно выращивать на зерно. К примеру, в ходе предварительных испытаний в течение нескольких лет мы ежегодно в условиях Крыма на южных черноземах при количестве осадков 500 мм (среднемноголетние) получали около 4 ц/га гречихи и стабильно 7 ц/га проса. Но в этот период также можно вырастить почвопокровные культуры, получив максимальную пользу для своих почв в системе No-Till.

Зачем нужен промежуточный посев почвопокровных культур?

Все углеродные формы жизни требуют «пищи». Почву можно по праву назвать живым организмом, основным местом обитания бактерий, грибов, нематод. Как все углеродные формы   жизни, они   требуют «пищи». И эту «пищу» могут дать растения, которые накапливают углерод в корневой и листостебельной своей части благодаря процессу фотосинтеза. Причем от 20 до 40% жидких углеродистых соединений растения отдают тем организмам, которые заселяются на прикорневой части этих растений. В пятимиллиметровом слое вокруг корня происходит симбиотический процесс — обмен между микроорганизмами и корнями растений. Активность почвенных организмов полностью подчинена сезонным циклам. Главным фактором, влияющим на популяцию и уровень этой почвенной активности микроорганизмов, является доступность питания.

Опытным путем мы определили, что есть растения, нейтрально влияющие на активность микроорганизмов, а есть растения, к примеру, вика (как в чистом виде, так и с другими культурами), овес, отличающиеся высокой биологической активностью в 0-30 см слое почвы. Они питают почвенные микроорганизмы и способствуют их активному росту и развитию.

На живых корнях под электронным микроскопом отчетливо прослеживается наличие микоризы. При этом важно понимать, что гифы, арбускулы и везикулы арбускулярной микоризы находятся на корнях только определенных растений.

Два года подряд крымские ученые-микробиологи проводили на наших делянках закладку опытов, и совместно с семенами в почву вносились споры АБ микоризы.

В 2019 году споры микоризы добавляли в мокрый песок, рассыпая его и смешивая с семенами почвопокровных культур. В 2020 споры микоризы были гранулированы и высевались совместно с семенами.

Выяснилось, что культуры по-разному реагируют на искусственное внесение микоризы.

Исследования показали, что в почвах южных регионов есть естественные «аборигенные» штаммы микориз, которые самостоятельно, без стороннего участия человека, размножаются и расселяются на корнях растений.

В ходе опытов выявили три группы культур, которые поразному реагировали на дополнительное внесение микоризы.

В первую группу вошли культуры, которые не нуждались в дополнительной «подкормке» микоризными грибами. К этим культурам относятся горох, вика, лен, кукуруза, люцерна и клевер. Как показали опыты, данные культуры прекрасно использовали микоризные грибы, находящиеся в почве. За счет заселения их до полнительно искусственно выращенными спорами микоризы было отмечено снижение образования арбускул и везикул.

Во вторую группу вошли овес, рожь, тритикале, пшеница, подсолнечник, у которых была отмечена хорошая ответная реакция на дополнительное их обогащение (инокуляцию) микоризными грибами. Эти культуры сами по себе не образовывали микоризу, но при искусственном ее внесении отмечалось хорошее развитие грибов, их активное размножение и усиление процесса микоризации на растениях.

В третью группу вошли все крестоцветные (рапс, редька, горчица, дайкон) и гречиха. На этих культурах никакие виды микориз обнаружены не были. Это касается как делянок, где микоризы вносились искусственно, так и делянок, где микориза искусственно не применялась, но при этом и «аборигенные» микоризы обнаружены не были.

Структура почвы

Изучение структуры почвы показало особое значение наличия в ней живых корней. Для каждой культуры, формирующей живые корни, свойственны свои параметры, и наиболее оптимально этим параметрам отвечает фацелия, у которой имеются хорошо развитые корневые образования.

Хорошо формируют корневую систему горох и другие бобовые. Неплохо структурирует почву кукуруза. Наиболее структурная почва наблюдается именно в результате выращивания смеси культур. По наблюдениям, именно на делянках, где высеваются смеси, отчетливо прослеживается соответствие всех параметров плодородной почве.

Строение почвы: плотность, пористость, влага

При наличии чрезмерного уплотнения почвы, особенно в верхних ее слоях, при высевании почвопокровных культур следует обращать внимание на злаковые культуры семейства мятликовые — за счет своей корневой системы растения разуплотняют верхний 0-10 см слой почвы. Если требуется «поработать» с плужной подошвой или разуплотнить тяжелые по механическому составу почвы по всему их профилю, то необходимо обратить внимание на культуры со стержневой корневой системой. И здесь наибольшие преимущества имеют крестоцветные (рапс, редька, дайкон).

Сохранение и рациональное использование почвенной влаги

В ходе многолетних исследований сделаны следующие выводы, касающиеся использования и сохранения почвенной влаги.

1) На участках, где не выращивались почвопокровные культуры, но осталась стерня (такая методика обычно используется в системе No-Till на начальных этапах внедрения технологии), определенное количество влаги перед посевом последующих культур сохранялось.

2) В некоторых делянках, где выращивались почвопокровные культуры (вика, либо смесь с викой и другими культурами), отмечалось накопление доступной влаги и снижение ее потребления растениями.

То есть на поле без почвопокровных культур влага просто испарялась в результате естественного и постоянного процесса испарения, а на поле с почвопокровными культурами влага сохранялась и использовалась для создания биомассы, органического вещества, которое удалось накопить именно благодаря формированию зеленых растений.

Следует отметить ещё одну важную особенность при выращивании таких крестоцветных культур, как рапс и редька масличная, особенно при их высеве в монокультуре, к посеву следующей культуры в метровом слое остается доступной влаги в 2 раза меньше, чем если бы это поле было без почвопокровных культур.

Защита почвы от эрозии

Пыльные бури — явление, наблюдаемое в последнее время во многих российских регионах. Почвопокровные культуры эффективно защищают поля от ветровой эрозии. При выращивании промежуточных посевов почвопокровных культур удается предотвратить переносы мелких частиц почвы на какие-либо расстояния. При выпадении большого количества осадков почва так же подвергается разрушению и вымыванию. Особенно отчетливо это видно после выпадения ливневых осадков, когда агрономически-ценные агрегаты плодородной почвы распадаются до илистого состояния и вымываются либо в нижние слои, либо теряются со стоком воды. А на поле с почвопокровными культурами поверхностного стока воды не наблюдается.

Борьба с сорной растительностью

На графике отмечено, что чем больше культур включалось в качестве компонентов смесей, тем меньше было количество всходов и зеленая масса данного засорителя. Примерно такая же картина обстояла и со всеми другими видами сорняков. Зависимость четкая — чем больше компонентов почвопокровных культур будет использоваться для посева, тем меньше вероятности получения всходов сорняков и допущения их нормального развития.

Возможность увеличения разнообразия культур в севообороте

Почвопокровные культуры позволяют ввести в севооборот те культуры, которые не предусмотрены как основные коммерческие культуры. Зачем это нужно? Каждому виду растений соответствует определенный штамм микроорганизмов. При ограничении количества культур в севообороте (до 4-6 культур) отсутствует тот необходимый для полноценного разнообразия биоты баланс в почве, который может обеспечить прохождение почвообразовательных процессов. Поэтому очень важно насыщать севообороты другими культурами. И сделать это можно именно за счет почвопокровных культур, введя в эти смеси как культуры с мочковатой корневой системой, так и со стержневой, как холодного, так и теплого периода.

Накопление питательных веществ за счет почвопокровных культур

Почвопокровные культуры напрямую связаны с наполнением в почве органического вещества. На участках с викой в зависимости от того, какая масса корней формируется, согласно проведенным лабораторным исследованиям, при урожайности 37 ц/га удалось накопить:

- азота на уровне 18 кг/га;
- фосфора — 8,5 кг/га;
- калия — 23,7 кг/га.

При выращивании редьки и урожайности ее около 50 ц/га было получено:

- азота — около 10 кг/га;
- фосфора — 7 кг/га;
- калия — 28 кг/га.

Выращивание двухкомпонентной   смеси   редька+овес дало следующие показатели:

- азот — 30 кг/га;
- фосфор — 4 кг/га;
- калий — 16 кг/га.

При этом содержание в общей массе углерода на 1 га составило 3,5 т.

Многокомпонентные смеси при 122 ц/га зеленой массы показали следующий результат:

- азот — 43 кг/га;
- фосфор — 12 кг/га;
- калий — 52 кг/га.

Если в многокомпонентную смесь входят преимущественно злаковые культуры (к примеру, просо и суданская трава), при 180 ц/га урожайности зеленой массы получается:

- азот — 59 кг/га;
- фосфор — 16 кг/га;
- калий — 68 кг/га.

С помощью почвопокровных культур можно аккумулировать на своих полях от 50 до 143 кг/га азота, фосфора и калия в сумме.

Основное преимущество и положительные моменты, связанные с почвопокровными культурами и их влиянием на почву, на сельхозкультуры — это показатель их экономической эффективности, то есть влияние почвопокровных культур на развитие последующих культур в севообороте.

Урожайность коммерческих культур на фоне выращивания почвопокровных культур

После пшеницы и почвопокровных культур на этом поле была посеяна кукуруза. И разные участки поля реагировали по-разному на то, какая почвопокровная культура произрастала перед этой кукурузой. Например, озимый рапс, который остается в поле, весной на момент сева кукурузы является серьезным конкурентом, поэтому мы наблюдаем существенное снижение урожая кукурузы на таких делянках. В этом году из-за присутствия рапса произошел недобор урожая около 5 ц/га.

Яровая трехкомпонентная смесь продемонстрировала прибавку урожая на кукурузе 0,5 ц/га, а смеси из 5-8 культур дали прибавку урожая до 7 ц/га. Можно отметить положительную реакцию кукурузы на почвопокровные культуры.

В другом звене севооборота промежуточные почвопокровные смеси высевались после уборки озимого ячменя. На следующий год в качестве фонового посева использовался горох, и уже после него проводили сев озимой пшеницы. Зафиксирована разная реакция пшеницы после разных вариантов выращивания почвопокровных культур.

После овса с викой прибавка урожайности составила 0,5 ц/га. За счет различных смесей удалось получить разную прибавку урожайности озимой пшеницы от 0,9 до 2,5 ц/га.

На что следует обращать внимание?

Прежде чем приступать к выращиванию покровных культур в монокультуре или смесях, следует провести простой анализ ваших условий. Важно обратить внимание на количество выпадающих осадков в течение каждого месяца (особенно распределение осадков в летний период). По данным ученых, достаточно выпадения от 30 до 80 мм осадков для полноценной вегетации растений и их развития. Многое зависит от интенсивности выпадающих осадков: одно дело, если выпадет 30 мм в течение нескольких месяцев и совсем другое — если такое количество выпадет в течение одной-двух недель. От этого зависит скорость и дружность появления всходов промежуточных посевов. Опыт показал, что преимущество имеют смеси, так как в монопосеве из-за внутривидовой   конкуренции за одновременное потребление элементов питания и влаги очень сложно получить баланс, разнообразие почвенной биоты и, как итог, повысить плодородие почвы.

Как собирать эти смеси?

Надо помнить об аллелопатии — это отрицательное влияние растений друг на друга, когда проявляется угнетение одних видов растений другими видами. В нашей лаборатории были проведены исследования по изучению этого явления на самом «нежном», наиболее отзывчивом по реакции на условия произрастания растении — кукурузе, которая, как показала практика в поле, не выдерживает конкуренции. Она чутко реагирует как на присутствие каких-либо токсинов в почве, так и на наличие и уровень органики. В растильнях отдельно была высеяна кукуруза и кукуруза совместно с другой культурой. Через пять дней получили результаты первых наблюдений, отследили их в динамике и сделали выводы, как развиваются разные растения в одинаковых искусственно созданных лабораторных условиях. Данные приведены в таблицах.

Исходя из полученных результатов полевых и лабораторных экспериментов, почвопокровные культуры подбирают   в   зависимости от поставленных целей и задач. Существуют микоризная смесь, разнообразная смесь, азотфиксирующая (80% — бобовые культуры. Злаковая смесь отвечает за накопление органического вещества, за обеспечение покрова почвы. Крестоцветная смесь помогает в разуплотнении почвы (90% крестоцветные культуры).

Наиболее универсальная смесь для применения в любых почвенно-климатических условиях — максимально разнообразная смесь. Выращивание такой смеси (без глубокого и детального изучения условий конкретного поля) позволит удовлетворить потребность поля в недостающих элементах, понять, что ему необходимо, и для выращивания каких культур ваше поле готово.

Читать 50 выпуск журнала "Ресурсосберегающее земледелие"