Разработка системы мероприятий, воспроизводящих и повышающих плодородие почв.

 

На основании анализа основных достижений в области мелиоративного земледелия предложена комбинированная система биоинтенсивного повышения плодородия почвы и управления микроклиматом на фермерских участках [4].

В конце 60-х годов ХХ столетия процесс деградации окружающей среды, истощения природных ресурсов, нарушения экологического равновесия вступил в критическую стадию.

Концепция экологии мелиорации и водного хозяйства состоит в экологизации использования природно-ресурсного потенциала в процессе мелиоративной и водохозяйственной деятельности путем комплексных мелиораций с целью повышения плодородия, биопродуктивности мелиорируемых земель и производства экологически чистой сельскохозяйственной продукции.

Одним из основных законов земледелия является закон совокупного действия факторов жизни растений: «Все факторы жизни растений действуют совокупно, т.е. взаимодействуют в процессе роста и развития растений».

Факторы плодородия в большинстве случаев взаимосвязаны. Одни из них могут быть выделены как фундаментальные, с глобальным воздействием на почвенную систему. К таким фундаментальным факторам следует отнести гранулометрический минералогический состав почвы, фитосанитарное состояние и органическое вещество. Другие факторы плодородия, такие, как биота почвы, агрофизизические и агрохимические свойства, в значительной мере являются производными от их фундаментальных свойств [2].

Органическое вещество почвы образуется из отмерших остатков растений, микроорганизмов, почвенных животных и продуктов их жизнедеятельности. Первичное органическое вещество, поступившее в почву, подвергается сложным превращениям, включая процессы разложения, вторичного синтеза в форме микробной плазмы и гумификации.

Процессы минерализации органического вещества в почве имеют экзотермический характер; при разложении 1 г. сухого вещества освобождается 4 - 5 калорий энергии, участвующей в дальнейшем обмене вещества и энергии в почве [3].

Исключительно важная роль органических веществ в формировании почвы в значительной степени основана на их способности взаимодействовать с минеральной частью почвы. Образующиеся при этом органоминеральные соединения – обязательный комплекс любой почвы. Образованию органоминеральных соединений в почве способствует высокая биологическая активность, обеспечивающая поступление в систему реакционно-способных органических веществ.

Органоминеральные соединения повышают устойчивость связанного в них органического вещества к микробиологическому расщеплению и тем самым обеспечивают оптимальное состояние всех свойств почвы, находящихся в связи с органическим веществом [4].

Гумусовые вещества и их органоминеральных производных играют решающую роль в формировании профиля всех типов почв. Гумусовый профиль почвы характеризуется высокой сорбционной емкостью. Помимо аккумуляции в гумусовом горизонте большого количества элементов питания растений, почва приобретает водопрочную структуру и оптимальную порозность. Наряду со специфическими гумусовыми веществами огромную роль в процессах почвообразования играют продукты распада первичного органического вещества.

Живые организмы – обязательный компонент почвы. Количество их в хорошо окультуренной почве может достигать нескольких миллиардов в 1 г почвы, а общая масса до 10 т/га. Основная их часть – микроорганизмы. Животные организмы представлены простейшими (жгутиковые, корненожки, инфузории), а также червями. Довольно широко распространены в почве моллюски и членистоногие (паукообразные, насекомые). Некоторые микроорганизмы (клубеньковые и свободноживущие азотофиксирующие бактерии) усваивают азот атмосферы и обогащают им почву [1].

Почвенные организмы (особенно фауна) способствует перемещению веществ по профилю почвы, тщательному перемешиванию органической и минеральной части почвы. В корнеобитаемом (активном) слое почвы функции почвенных организмов сводятся к поддержанию оптимального питательного режима растений, оструктуриванию почвы, устранению неблагоприятных экологических условий в почве.

Важнейшая функция почвенных организмов – создание прочной комковатой структуры корнеобитаемого слоя почвы. Это в решающей степени определяет водно-воздушный режим почвы, создает условия высокого плодородия почвы. Почвенные организмы выделяют в процессе жизнедеятельности различные физиологически активные соединения, способствующие переводу одних элементов в подвижную форму или закреплению других в недоступную для растений форму.

Плодородие почвы в значительной степени определяется фитосанитарным состоянием почвы, т.е. чистотой почвы от сорняков, вредителей, болезнетворных начал, а также токсических веществ, выделяемых растениями, ризосферной микрофлорой и продуктами разложения. Наиболее интенсивно фитотоксические вещества накапливаются при возделывании на одном месте однородных или близких по биологии культур и при создании в почве анаэробных условий. Внесение органических удобрений приводит к уменьшению в почве численности фитотоксичных микроорганизмов [7].

В аэробных условиях многочисленные почвенные обитатели в процессе своей жизнедеятельности вырабатывают разнообразные вещества, которые, накапливаясь в почве, задерживают или полностью подавляют развитие многих патогенных грибов. Развитая почва представляет собой смесь механических элементов трех видов: минеральные, органические и органо-минеральные частицы. Дисперсность этого материала, химический и минералогический состав – фундаментальные свойства любой почвы, оказывающие многообразное воздействие на комплекс агрономических показателей почвы, ее плодородие.

Гранулометрический состав почвы, прежде всего, определяет поглотительные (сорбционные) свойства почвы. Тонкодисперсные частицы в силу большой абсолютной и удельной поверхности обладают высокой емкостью поглощения. С измельчением частиц возрастают их гигроскопичность, влагоемкость, пластичность и другие технологические свойства. Частицы менее 0,001 мм обладают четко выраженной коагуляционной способностью. Эта способность механических тонкодисперсных частиц исключительно важна при структурообразовании. Они вследствие высокой поглотительной способности содержат наибольшее количество гумуса [6].

Структура почвы – важный показатель физического состояния плодородия почвы. Она определяет благоприятное строение активного слоя почвы, ее водные и водно-гидрологические константы. Частицы твердой фазы почвы, как правило, склеиваются в комочки (агрегаты). Способность почвы распадаться на агрегаты различной величины называется структурностью [5].

С агрономической точки зрения особый интерес представляет мелковатая и зернистая структура с размером частиц 0,25 – 10 мм. Одновременно эта структура должна быть пористой, механически упругой прочной и водоупорной. Особое значение наряду с водоупорностью приобретает оптимальная пористость структурных агрегатов. Например, в черноземной почве пористость агрегатов находится на уровне 50% их объема.

Большое значение имеет механическое разделение почвенной массы на комки (агрегаты), которое в природных условиях происходит под воздействием корневых систем растений, жизнедеятельности биоты почвы, под влиянием периодических промораживания – оттаивания, увлажнения и высушивания почвы, а в обрабатываемых землях под воздействием почвообрабатывающих орудий [1].

Основную роль в образовании водопрочной структуры почвы играют биологические факторы. Структурное состояние – наиболее достоверный, интегральный показатель плодородия почвы (его агрофизических факторов).

Состояние структуры почвы непосредственно определяет параметры строения пахотного слоя. Капиллярная пористость агрегатов в структурной почве дополняется высокой некапиллярной пористостью межагрегатных промежутков. В структурной почве поддерживается наиболее благоприятное соотношение между объемом твердой фазы и общей пористостью почвы. Заданное, агрономически наиболее благоприятное строение пахотного слоя устойчиво поддерживается почвой в течение длительного времени. Почва сохраняет наиболее благоприятный интервал оптимальной плотности, который не выходит за пределы равновесной. В такой почве создаются благоприятные условия для поддержания оптимальных для возделывания растений водно-воздушного и теплового режимов [3].

С другой стороны скорость и высота капиллярного поднятия воды в бесструктурной почве значительно выше, чем в структурной почве. Структурные почвы, по сравнению с бесструктурными, содержат больше гумуса, азота и фосфора. Причина этого – более активные процессы в условиях оптимального физического состояния структуры почвы. Пахотные почвы в условиях экстенсивного земледелия, как правило, в течение нескольких лет теряют хорошую структуру.

Глубокий пахотный слой обеспечивает более благоприятный водно-воздушный и тепловой режимы почвы. Глубокий пахотный слой – своеобразный регулятор влажности почвы, как при недостатке, так и при избытке выпадающих осадков. Лучшие условия увлажнения почвы обеспечивают благоприятный питательный режим почвы, обусловленной, в свою очередь, нормально протекающими процессами разрушения – синтеза органического вещества. Установлено, что глубокий пахотный слой обеспечивает благоприятную минерализацию органического вещества при эффективной одновременной его гумификации и при благоприятном качественном состоянии.

В глубоком пахотном слое количество нитрифицирующих микроорганизмов, а также почвенной фауны значительно больше. В нем увеличивается содержание подвижных форм фосфора и калия. Благоприятный комплекс почвенных условий, создающихся в глубоком пахотном слое, сильно влияет на развитие корневых систем растений, а, следовательно, и на урожай [4].

Способность почвы к устойчивому обеспечению растений водой зависит от агрофизических факторов плодородия. Конкретное действие агрофизических факторов по отношению к воде проявляется через водные свойства почвы: водоудерживающую способность, влагоемкость, водопроницаемость и водоподъемную способность.

Одним из приемов, уменьшающих непроизводительные потери воды из почвы, является мульчирование поверхности почвы, широко применяющееся в овощеводстве. Для мульчирования применяют торф, солому, навоз, опилки и др [6].

Почвенный воздух необходим для дыхания корней растений, почвенных организмов, биохимических процессов превращения питательных элементов. По В.Р. Вильямсу, в бесструктурной почве воздух и вода – антагонисты, на структурных почвах создаются условия для одновременного оптимального обеспечения почвы воздухом и водой. Оптимальное содержание воздуха в пахотном слое почвы для отдельных культур следующее: для зерновых – 15 - 20 % общей пористости, пропашных – 20-30 %, многолетних трав – 17- 21 %.

Сорняки способствуют массовому развитию болезней и вредителей, поражающих посевы сельскохозяйственных культур. Поедаемые с кормом и проходящие через пищеварительный тракт животных семена сорняков в значительной мере сохраняют жизнеспособностью. Ее можно существенно снизить, если соблюдать определенный режим подготовки и хранения навоза. Наиболее высокий эффект достигается при рыхлоплотном способе. Через месяц пребывания в таком навозе всхожесть семян сорняков составляла 3,5 %, через два месяца. – 3,4 %, через три месяца – 0,1 %, а через 4 месяца они полностью погибали [3].

Уплотнение почвы необходимо для улучшения контакта семян растений с почвой и сокращения диффузного испарения влаги из почвы. Д.И. Менделеев в 1880 г. писал: «Если, например, прикрыть почву листвой, соломой или вообще чем бы то ни было оттеняющим и дать ей спокойно полежать некоторое время, то она и без всякого пахания достигнет зрелости».

Проведенные исследования по уплотнению почвы под влиянием техногенной нагрузки на среднесуглинистых почвах показали, что при исходной критической плотности почвы, равной 1,67 г/см3 (переуплотненные серые лесные среднесуглинистые почвы), воздействие техногенной нагрузки при проходах трактора Т-150 приводит к потерям до 50% урожайности возделываемых сельскохозяйственных культур.

Под воздействием техногенной нагрузки происходит накопление остаточных деформаций не только в пахотном, но и в подпахотном слое почвы. Высокая плотность почвы сохраняется в течение ряда лет, несмотря на многократную последующую обработку. В результате переуплотнения происходит образование плунжерной подошвы, что препятствует проникновению воды вглубь почвы в сырую погоду и способствует быстрому ее высыханию при засухе. При образовании плунжерной подошвы нарушается также приток влажности из более глубоких слоев к поверхности, вследствие чего замедляется развитие корневой системы и снижается урожайность сельскохозяйственных культур [7].

Эффективным способом защиты сельскохозяйственных культур от заморозков является мелкодисперсное дождевание. Оно позволяет проводить раннюю высадку растений овощных культур и получать более раннюю продукцию. Для противозаморозковой защиты сельскохозяйственных культур во ВНИИ «Радуга» разработан комплект медленного дождевания КМДП-0,15, позволяющий проводить освежительные поливы.

Рисунок 6.1 Комбинированная система орошаемого земледелия фермерского хозяйства.

 

Система орошаемого земледелия фермерского хозяйства (см. рис. 1) содержит источник орошения 1, водозаборное сооружение 2, отстойник 3, затворы 4 и 5 системы полива по бороздам, затвор 6 системы мелкодисперсного дождевания, турбину 7, насос 8, поливные трубопроводы 9 с микрогидрантами 10 системы полива по бороздам, распределительный трубопровод 11 и поливные трубопроводы 12 системы мелкодисперсного дождевания, мелкодисперсные дождевальные аппараты 13, поливные борозды 14, грядки 15, траншеи 16 с растительными остатками и навозом, мульчированные соломой, выращиваемые растения 17 [4].

При поливе только по бороздам вода из отстойника 3 подается через затвор 4 подается в поливные трубопроводы 9 и затем через микрогидранты 10 подается в борозды 14. Борозды 14 выложены перфорированной черной мелиоративной пленкой. Вода постепенно поступает через отверстия в пленке в почву и увлажняет почву, не разрушая ее структуры. Покрытие дна борозд пленкой уменьшает непроизводительные потери воды на испарение, семена сорняков, находящиеся в поливной воде не прорастают. После тщательного первоначального уничтожения сорняков, дальнейший рост сорняков на грядках может быть устранен. В другом варианте расстояние между бороздами равно расстоянию между колесами трактора. Трактор перемещается только по бороздам и уплотняет дно борозд.

Этот прием позволяет уплотнить дно борозд, предотвращает эрозию почвы при поливе, обеспечивает постепенное впитывание воды в почву без разрушения ее структуры, проводить поливы малыми нормами. При этом почва грядок не уплотняется [2].

При проведении освежительных поливов или при повышении температуры выше критической и уменьшении важности приземного слоя воздуха, при которой угнетаются процессы фотосинтеза в растениях, полив осуществляется из мелкодисперсных дождевальных аппаратов. Мелкодисперсное дождевание предотвращает также потери воды на испарение растениями и из почвы, способствует поддержанию оптимальных для повышения плодородия почвы и урожайности сельскохозяйственных культур почвенно- климатических условий. Поливные трубопроводы с мелкодисперсными дождевальными аппаратами при небольших размерах участков могут располагаться только по краям участков и включаться в зависимости от направления ветра, чтобы пары воды переносились ветром только на участок. Улучшение микроклимата также возможно при высадке плодовых деревьев по краям участков [1].

Траншеи, расположенные посредине грядок и заполненные растительными остатками являются очагами размножения дождевых червей. Дождевые черви осуществляют вспашку почвы, улучшают ее структуру и воздушный режим почвы, создают благоприятные условия для размножения почвенной флоры и фауны. Траншеи сверху мульчированы соломой или пленкой. Солома позволяет проникать воздуху в траншеи и затем глубоко в почву. Это улучшает аэрацию всего активного слоя почвы до глубины 1 метра и более. Мульчирование почвы минимизирует затраты труда на борьбу с сорняками и уменьшает потери азота из почвы. Через некоторое время почва становится мягкой и ее вспашки не требуется, плодородие почвы повышается [5].

Семена высаживаются в более плотную почву, что обеспечивает их хорошую всхожесть. Корневая система растений частично находится в плотной почве и частично в траншее с растительными остатками. Растение получает возможность избирательно поглощать необходимые ему вещества, что предотвращает чрезмерное накопление в нем нитратов.

Основные преимущества разработанной системы перед традиционными технологиями:

· устранение непроизводительных потерь воды на глубинную фильтрацию за счет уменьшения интенсивности поступления воды в почву и увеличения ее влагоемкости;

· сведение к минимуму затрат воды на испарение с поверхности почвы и растениями за счет покрытия дна борозд перфорированной пленкой или уплотнения борозд колесами трактора, мульчирования части поверхности грядок и улучшения микроклимата приземного слоя воздуха;

· предотвращение гибели растений во время заморозков;

· активизация процессов фотосинтеза в растениях;

· размещение навоза в траншеях позволяет обогревать почву и высаживать растения в более ранний период, создает оптимальные условия для переработки его в биогумус, предотвращает занесение в почву при внесении навоза семян сорняков и вредных микроорганизмов, а также накопление нитратов в растениях;

· активизация жизнедеятельности почвенной флоры и фауны, повышающей плодородие почвы;

· улучшение водно-воздушного режима почвы за счет разделения в почве грядок областей с улучшенной аэрацией и предотвращения уплотнения почвы колесами сельскохозяйственной техники;

· повышение плодородия всего активного слоя почвы до глубины 1 м и более, позволяющее создать мощную корневую систему растений;

· сведение к минимуму затрат труда на обработку почвы и борьбу с сорняками;

· снижение заболеваемости растений и повышение урожайности сельскохозяйственных культур.

Предлагаемая система позволяет выращивать экологически чистую продукцию при минимальных материально-технических затратах [6].

 

Список литературы

 

1. Агроклиматический справочник Брянской области. – Л., 2002.

2. Глазовская М. А. Общее почвоведение и география почв. – М.: «Высшая школа», 2003.

3. Зеликов В. Д. Почвоведение. – М.: «Лесная промышленность», 2001.

4. Каретин Л. Н. Почвы Брянской области. – Новосибирск: «Наука», 1990.

5. Кауричев И. С. Почвоведение. – М.: «Колос», 2003.

6. Ковриго В. П. Почвоведение с основами геологии. – М.: «Колос», 2000.

7. Хабаров А. В., Яскин А. А. Почвоведение. – М.: «Колос», 2001.