Динаміка та відтворення родючості ґрунтів в інтенсивному землеробстві

Як уже зазначалося, родючість ґрунту – властивість динамічна, яка змінюється як у природному стані, так і при використанні його в сільськогосподарському виробництві.

При нинішніх системах землеробства в ґрунті нерідко переважають процеси, що призводить до зниження його потенціальної родючості. Так, за даними Г. Я. Чесняка та інших вчених, втрати гумусу з орного шару чорноземів типових у Тамбовській і Воронезькій областях досягли 90 т/га; Курській і Харківській – 67 – 79; чорноземів вилугуваних у Ставропольському краї – 67 – 81 т/га. Середньорічні втрати гумусу в чорноземах типових і вилугуваних становили 0,7 – 0,9, звичайних – 0,5 – 0,7 т/га. Втрати гумусу внаслідок мінералізації та ерозії супроводжуються значними щорічними втратами поживних речовин, погіршенням фізичних і фізико – хімічних властивостей ґрунту. Однак постійне збільшення норм мінеральних добрив сприяє нагромадженню поживних речовин у ґрунтах.

За даними В. Л. Булахова, при тривалому використанні землі, особливо за умови інтенсивного застосування пестицидів, у 2 - 6 разів зменшується кількістю різних організмів у ґрунті (гризунів, рептилій, черв’яків, личинок комах та ін.). Це призводить до втрати структурності і самоущільнення ґрунту. Застосування важких сільськогосподарських знарядь також прискорює цей процес.

Останнім часом людина часто втручається в природну сферу, збільшуючи обсяг меліоративних робіт, створюючи зрошувальні та осушувальні систем. При цьому допускається необґрунтована поспішність, що призводить до підвищення рівня ґрунтових вод, вторинного засолення і заболочення земель, чи, навпаки, переосушення великих територій, деградацій плавнів тощо.

При постійному застосуванні мінеральних добрив та пестицидів у ґрунт надходить багато речовин, які його забруднюють і поліпшують хімічні та фізичні властивості. Так; при багаторічному застосуванні фізіологічно кислих добрив підвищується кислотність ґрунту; збільшується вміст у ньому рухомого алюмінію; що негативно позначається на

врожайності та якості продукції; зменшується вміст кальцію. При внесені високих форм фосфорних добрив у ґрунті може нагромаджуватися значна кількість важких металів (марганець, нікель, мідь, кобальт, уран, радій, кадмій, свинець, стронцій), які сповільнюють нітрифікацію, пригнічують активність ферментів фостазми та уреазми, зменшують активність фотосинтезу в рослинах.

Тому в умовах інтенсифікації землеробства значну увагу необхідно приділяти увагу питанням підвищення родючості ґрунту. Відтворення втраченої родючості – об’єктивна необхідність, яка зумовлюється обмеженістю земельних площ і обґрунтовується законом повернення.

Розрізняються просте і розширене відтворення родючості ґрунтів. Просте відтворення – це усунення негативних явищ, які виникають у ґрунті внаслідок вирощування культурних рослин чи інших факторів, надання ґрунту родючості, яку він мав до використання. Розширене відтворення – це створення вищої родючості ґрунту порівняно з вихідною. Розширене відтворення має велике значення на ґрунтах з низькою природною родючістю. Наприклад, дерново – підзолистих. Які у природному стані не можуть забезпечити достатню ефективність заходів інтенсивного землеробства.

У сучасному інтенсивному землеробстві для відтворення родючості ґрунтів застосовують 2 способи: речовий і технологічний. Речовинний передбачає раціональне застосування добрив, меліорантів, пестицидів тощо. Технологічний спосіб відтворення родючості – це поліпшення агрономічних властивостей ґрунту за рахунок механічного обробітку його, зокрема меліоративних заходів.

Найбільш сильно і різноманітно на родючість ґрунту впливають речовинні компоненти (органічні та мінеральні добрива, вода та ін.). Різні заходи обробітку, забезпечуючи короткочасний ефект, сприяють здебільшого прискореному використанню (шляхом мобілдізації) речовинних ресурсів ґрунту, що призводить до наступного зниження його родючості. Тому останнім часом посилюється тенденція до мінімілізації обробітку ґрунту.

Конкретні заходи щодо розширеного відтворення родючості ґрунтів і використання її з метою одержання високих врожаїв сільськогосподарських культур є основою розроблених у кожній області науково обґрунтованих систем землеробства.

Моделі родючості ґрунту

Моделювання родючості— новий, перспективний методологічний підхід в пізнанні шляхів управління ґрунтовою родючістю. Під моделлю родючості ґрунтів слід розуміти сукупність агрономічно значущих властивостей і ґрунтових режимів, що відповідають певному рівню продуктивності рослин. Таке визначення дозволяє виділити моделі ґрунтів різних рівнів родючості (зокрема дуже високого, високого і середнього). У сукупність агрономічно значущих властивостей повинні включатися, разом з агрохімічними показниками (чим зазвичай обмежуються при характеристиці оптимальних параметрів і прогнозуванні врожайності), морфологічні особливості ґрунтів, показники їх фізичного стану, мінералогічні властивості і ін. Таким чином, моделі родючості ґрунтів є наближеним відображенням здатності грунтового покриву задовільняти потреби рослин за певних екологічних і соціально-економічних умов, а також описом управління цією здатністю.

Поняття «Родючість грунту» включає, таким чином, два аспекти, умовно названі природним і соціально-економічним.

Природний аспект родючості включає грунтово-екологічні умови (грунт і зовнішні умови) і рослини.

Соціально-економічний аспект родючості включає ступінь розвитку техніки і економічних відносин, кадри і так далі і реалізується у вигляді деякої системи землеробства. Область, що вивчається, охоплює грунт, зовнішні умови і рослини, систему землеробства.

Така багатоплановість поняття «Родючість грунтів» викликає необхідність мати різнотипні моделі родючості, тобто модель родючості грунтів ділиться на інформаційні моделі родючості і моделі управління родючістю (моделі програмування урожаю).

2.6.1. Інформаційні моделі

Вони діляться на статистичні (моделі стану родючості) і динамічні (моделі процесів).

- Моделі стану родючості діляться: на прості (градації або шкали окремих показників родючості, наприклад, градації суми температур вище 10°С, ступені еродованості, вміст рухомих форм елементів в ґрунті, ступені засоленості і т. д.), комплексні статичні моделі продуктивності і якості продукції; вони описують стійкі багаторічні зв'язки показників продуктивності і якості продукції з ґрунтово-екологічними показниками і такими діями, що управляють, як сівозміна (культура, сорт), дози добрив, пестицидів, меліорантів, норми висіву (посадки), прямі трудові і енергетичні витрати на полі. Комплексні моделі можуть описувати вказані зв'язки і в конкретний момент часу; балансові (потокобалансові моделі стаціонарної системи ґрунт — рослина — навколишнє середовище; вони характеризують сталий (у багаторічному плані) розподіл енергії і речовини як в природних умовах,так і при сільськогосподарському використанні різної інтенсивності).

- Моделі процесів діляться на біологічні (вони описують зростання і розвиток рослин, ценозів, ґрунтової флори і фауни, зокрема мікроорганізмів) і ґрунтово-екологічні моделі (описують міграції, фізичні, хімічні і фізико-хімічні перетворення в ґрунті, в приземному шарі повітря, води, поживних речовин, солей і тому подібне. В той же час перетворення і міграції окремих елементів (вуглецю, азоту, фосфору) можуть описуватися процесами як біологічної, так і небіологічної природи).

2.6.2. Моделі управління родючістю

Моделі програмування урожаю: 1. Моделі управління біологічними процесами. 2. Моделі управління ґрунтово-екологічними процесами. 3. Моделі оптимізації розміщення культур. Всі моделі управління родючістю будуються на основі інформаційних моделей, вони входять як складова частина в систему управління родючістю, забезпечують прогноз і дозволяють проводити оптимізацію при ухваленні рішення. Ці моделі описують управління за ростом і розвитком рослин в агроценозі, управління ґрунтово-екологічними умовами за допомогою управляючих дій, управління розміщенням культур в сівозміні з погляду оптимального використання земель. Мета розробки моделей родючості ґрунтів — упорядкувати наші знання про родючість ґрунтів, сприяти державному контролю і управлінню (моніторингу) родючістю, конкретизувати завдання господарської діяльності по розширеному відтворенні родючості ґрунтів і оптимізації розміщення сільськогосподарських культур. Основні вимоги, що пред'являються до моделей ґрунтової родючості, - їх нормативність, практична значущість і репрезентативність.

На величину і якість отримуваного урожаю сільськогосподарських культур впливають багато факторів, які можна розділити на дві групи: космічні (світло, тепло, повітря), та земні (вода, поживні речовини та ін.). У відкритому ґрунті космічні фактори практично не регулюються і урожай залежить від їх інтегрального показника – приходу фотосинтетичноактивної радіації (ФАР). Земні ж фактори піддаються регулюванню, а для цього необхідно знати склад та властивості ґрунту, які забезпечують розвиток рослин.

Дуже важливі в цьому плані дані, які характеризують фізичні, фізико – хімічні, фізико – механічні та інші властивості ґрунту. Ці дані можуть бути виражені параметрами, тобто величинами, які характеризують будь – які властивості процесу, явища або системи. Тому для ґрунту повинні бути встановлені кількісні показники його складу і властивостей, які забезпечували б відповідну їх родючість. В цьому і полягає сутність моделювання. Оптимальні параметри ґрунту встановлюються експериментально.