В системе почва – растение – удобрение

Важная роль в формировании почвенного плодородия принадлежит гумусу. С его количеством и качеством тесно связаны основные морфологические признаки почв, их водный, воздушный и тепловой режимы, важнейшие физические и физико-химические свойства, содержание и формы соединений в почве основных элементов питания растений, важнейшие биохимические и микробиологические показатели почв (Добровольский, Гришина, 1985). Содержание и запасы гумуса, его состав определяют все агрономически важные свойства и продуктивность почв.

Например, с повышением или понижением его содержания в почвах на 0, 1% урожай зерновых культур соответственно увеличивается или снижается на 0, 8-1, 4 ц/га (ВНИПТИОУ).

Гумус повышает устойчивость водно-пищевого режима почвы в неблагоприятных погодных и климатических условиях, что способствует получению стабильных урожаев.

Имея значительно большую, чем глинистые минералы, емкость поглощения, гумус способен поглощать токсические вещества, удерживать ряд катионов, в том числе и тяжелые металлы, от миграции по профилю почвы, тем самым препятствуя их поступлению в грунтовые воды и растения (Минеев, 1984, 1988).

В связи с интенсификацией земледелия в почвах многих регионов нашей страны в последние 20-25 лет усилилась тенденция сокращения запасов гумуса. По данным повторных крупномасштабных почвенных обследований ежегодные биологические потери гумуса составляют 0, 5-0, 7 т/га пашни в зоне дерново-подзолистых почв и 0, 8-1, 5 т/га в зоне черноземных почв.

В целом по стране за последние 50-100 лет гумусированность распаханных почв снизилась на 1-4%. В 80-е годы в условиях возросшей интенсификации земледелия потери гумуса значительно возросли и составляют в зависимости от типа севооборота от 0, 5 до 2 т/га в год. Такие темпы означают, что потери гумуса из почвы за 10-15 лет могут составить от 0, 3 до 1%, что приведет к падению почвенного плодородия и снижению эффективности минеральных удобрений (Попов и др., 1985). Наиболее ярко о изменении содержания гумуса в почвах за последние 100 лет свидетельствуют данные, полученные экспедицией, прошедшей по маршруту Докучаева через 100 лет (табл.15) (Щербаков, Васенев, 1994)

Главные причины, вызывающие потери гумуса, по мнению Д.С. Орлова (1981) следующие:

- резкое уменьшение массы растительных остатков, поступающих в

почву при смене естественного биоценоза агроценозом,

- усиление минерализации органического вещества в результате интенсивной обработки и повышения степени аэрации почв при недостаточном поступлении в почву пожнивных остатков и органических удобрений, сопровождающейся некоторой стабилизацией содержания гумуса, но на более низком уровне, чем в целинном варианте,

- разложение и биодеградация гумуса под влиянием физиологически кислых удобрений и активизации микрофлоры за счет вносимых удобрений,

- усиление минерализации и выноса гумуса на орошаемых почвах особенно в первые годы орошения,

- усиление минерализации гумуса в результате осушительных мелиораций переувлажненных почв,

- эрозия и дефляция, сопровождающиеся непрерывными потерями гумуса до тех пор, пока не будут остановлены эти процессы.

В настоящее время свыше 45 % пашни РФ характеризуется низким содержанием гумуса, в том числе критическим – 15%. В Нечерноземной зоне доля последних возрастает до 45%. Свыше 75% малогумусных почв в пахотных землях Астраханской, Волгоградской, Вологодской, Костромской, Калужской, Смоленской, Ярославской, Владимирской областей, республик Адыгея, Бурятия, Калмыкия, Тува. Эксперты считают, что в среднем в связи с нерегулярным и недостаточным применением органических удобрений,

Таблица 15. Столетнее изменение мощности гумусово-аккумулятивных горизонтов и содержания гумуса в объектах В.В.Докучаева по ЦЧО (Щербаков, Васенев, 1994)

нарушением системы земледелия, истощение почв России по этому показателю достигло критического уровня: в Нечерноземной зоне – 1, 3-1, 5% в пахотном слое, в Центрально-Черноземных областях – 3, 5-5, 0%.

Ежегодные потери гумуса на пашне оцениваются в 0, 6-0, 7 т/га (до 1, 0 т/га – на черноземах), а в целом по стране – примерно 80 млн. т (Зволинский, Хомяков, 1998).

Прогноз гумусного состояния почв и динамика его изменения в областях и регионах страны налажены неудовлетворительно. В этой связи, большой интерес представляют данные Государственного центра агрохимической службы «Московский». Анализ данных этого центра, полученных для всех пахотных угодий Московской области свидетельствует о том, что за период с 1987 по 1999 г доля почв с низкой обеспеченностью гумусом возросла с 26, 4 до 40%, а почв со средней и повышенной обеспеченностью уменьшилась соответственно с 33% до 24% и с 18% до 10%. В итоге средневзвешенное содержание гумуса в пахотных почвах области, будучи стабильным в 1987-1991 гг. (2, 43-2, 42%) начало снижаться и составило 2, 2% в 1999 г. Причина такого падения гумусированности почв – резкое снижение применения минеральных и органических удобрений. Достаточно сказать, что если в период 1981-1990 гг. пахотные почвы получали в среднем на га 11, 5-12, 5 т органических удобрений, 99-105 кг азота, 75-81 кг фосфора и 96-97 кг калия в виде минеральных удобрений и известковались в дозах 5, 0-6, 7 т/га извести, то к 1999 уровень применения этих удобрительных средств уменьшился до недопустимого уровня. В почву вносилось всего 2, 8 т/га органических удобрений, 20 кг азота, 4 кг фосфора и 5 кг калия в расчете на гектар, а известкование практически прекратилось (Курганова, 1999). Прекращение известкования способствует увеличению подвижности гумуса почвы, вмыванию его в нижележащие горизонты и снижению плодородия почв.

Аналогичные данные получены на черноземах Кубани (Шеуджен и др., 2009). (Рис.7).

Как же применение агрохимических средств влияет на содержание гумуса в почве?

Исследования, проведенные в многолетних стационарных опытыах показывают, что применение одних минеральных удобрений в большинстве

.

	5, 1
		1, 1		1, 6 1, 6
			1, 4		1, 4
				1, 0

Рис. 7. Внесение органических удобрений и содержание гумуса в почвах Кубани

случаев приводит к снижению содержания гумуса в почве или в лучшем случае (при их оптимальных дозах и соотношении) - стабилизирует его содержание на определенном уровне.

Особенно четко это проявляется при длительном интенсивном использовании плодородия почвы.

Минеральные удобрения действуют слабее на содержание гумуса, чем навоз. Однако уровень содержания органического вещества в почвах при систематическом применении минеральных удобрений заметно выше, чем в почвах, используемых без удобрений (рис. 8). Необходимо отметить и существенную положительную роль растений. В условиях севооборота уровень содержания гумуса в почве существенно выше и снижение содержания гумуса во времени меньше, чем при паровании почвы.

Для восполнения потерь гумуса, создания его положительного баланса необходимо соответствующими агротехническими приемами обеспечить новообразование гумусовых веществ в количестве, не меньшем его ежегодной минерализации или превышающем последнюю (Минеев, 1984).

Наиболее результативным приемом в создании бездефицитного баланса гумуса является применение органических удобрений, которые при правильно подобранных дозах часто существенно увеличивают его содержание в почве.

1.

2.

Рис.8. Динамика запаса гумуса в почве при разных системах удобрений в условиях черного пара (1) и севооборота (2)

1- без удобрений, 2.- органические удобрения, 3 – органические + минеральные, 4-минеральные удобрения

Перестройка агропромышленного комплекса привела к значительному сокращению поголовья всех видов животных, что оказало влияние на выход и заготовку органических удобрений. Их применение в последние годы было около 1 т/га посева. Они применялись в основном под пропашные культуры – сахарную свеклу, овощебахчевые и картофель. Поэтому удельный вес посевных площадей, удобренных органическими удобрениями, за эти годы составил 3 - 6% (Жиленко, 2010)(табл. 16, рис.9).

Таблица 16. Внесение органических удобрений под посевы в сельскохозяйственных организациях Российской Федерации

Рис. 9. Удельный вес площади, удобренной органическими удобрениями, во всей посевной площади, %

Если минеральные удобрения улучшают круговорот и баланс биогенных элементов, то органические удобрения являются не только важным источником питательных элементов, но и пополняют запас гумуса.

Применение органических удобрений позволяет выправить нарушения в биогеохимическом круговороте углерода, азота, фосфора и других биофильных элементов, улучшить санитарное состояние окружающей среды, ослабить явления эвтрофикации гидросферы.

Внесение органического углерода улучшает азотный баланс почв, поскольку каждый грамм углерода помогает фиксировать от 15-20 до 20-40 мг атмосферного азота.

Для достижения уравновешенного и положительного баланса гумуса в земледелии важно максимально использовать все виды органических удобрений, с учетом особенностей каждой местности: навоз, навозные стоки, торф и компосты на его основе, солому, сидераты, сапропель, отходы коммунального хозяйства и промышленности.

БАЛАНС ГУМУСА

Баланс гумуса рассчитывается с целью прогнозирования и расчета потребности пахотных почв в органических удобрениях необходимых для получения планируемого урожая и воспроизводства плодородия.

Баланс гумуса определяется по разности между статьей прихода (за счет поступления и гумификации пожнивно-корневых остатков, органического вещества удобрений) и расхода (минерализация гумуса при возделывании сельскохозяйственных культур и паровании полей).

Расчет баланса можно проводить по севообороту, отделению, хозяйству, району, области и т.д.

Для расчета баланса необходимы следующие данные:

- размещение культур в севообороте

- планируемый урожай

- занимаемая культурами площадь

- дозы минеральных удобрений

- виды и дозы органических удобрений

- тип, подтип и разновидность почвы

Расходная статья баланса гумуса

Расход гумуса за счет минерализации зависит от целого ряда факторов:

- почвенно-климатических условий

- интенсивности обработки почв

- структуры посевных площадей

- урожая культур

- уровня химизации и т.д.

Наибольшая минерализация гумуса отмечается в чистых парах, далее в убывающем порядке следуют пропашные культуры, культуры сплошного сева (зерновые, зернобобовые, однолетние травы), многолетние травы, луга и пастбища.

Например, на легких дерново-подзолистых почвах ежегодно минерализуется под чистым паром – 4, 5%, картофелем, корнеплодами и овощами – 3, 4-3, 9%, кукурузой на силос – 3, 3-3, 9%, силосными – 1, 9-2, 2%, зерновыми – 1, 9-2, 1%, однолетними травами – 1, 7-1, 8%, многолетними травами и люпином – 0, 6-0, 9% от валовых запасов гумуса в пахотном слое (ВНИПТИОУ).

Уровень минерализации гумуса зависит и от гранулометрического состава почв. На легких почвах он возрастает.

Для расчета минерализации гумуса с учетом этих факторов и интенсивности обработки почвы А.М. Лыковым (1976) были введены поправочные коэффициенты. 1) Для тяжелого суглинка он составляет 0, 8, среднего 1, 0, легкого – 1, 2, супеси 1, 4, песка – 1, 8. 2) Для многолетних трав этот коэффициент равен 1, 0, для зерновых и других культур сплошного сева 1, 2, для пропашных – 1, 6.

В соответствии с рекомендациями ВНИПТИОУ (1986) примерное количество минерализуемого гумуса можно определить по расходу почвенного азота. Возможность такого подхода была впервые обоснована И.В. Тюриным (1956) и конкретизирована для дерново-подзолистых почв А.М. Лыковым (1982), апробирована для балансовых расчетов гумуса на черноземах Н.И. Листопадовым и Н.М. Шапошниковой (1984) при возделывании сельскохозяйственных культур.

Вынос азота складывается из его количества, потребленного из почвы, удобрений и фиксированного из атмосферы симбиотическими микроорганизмами в посевах бобовых культур. Для расчета принято, что поступление азота за счет фиксации составляет у многолетних трав 70%, у зернобобовых и многолетних бобовых трав 60%, в смешанных посевах однолетних трав (вика, овес с горохом) 37% от выноса с урожаем (таб.17).

Доля азота почвы (гумуса) в общем его выносе урожаем в зависимости от доз применяемых минеральных удобрений составляет 50-60%. Учитывая, что между количеством вносимых удобрений и величиной планируемого урожая существует тесная связь, долю почвенного азота предлагается определять в зависимости от уровня урожая (таб. I8, I9).

Расход гумуса на создание урожая определяется по потреблению культурой азота и СО₂. Поскольку в гумусе содержится в среднем 5% азота, то расход на создание урожая, например, 100 кг/га азота приводит к минерализации двадцатикратного количества гумуса, т.е. 2 т/га.

Таким образом, минерализация гумуса рассчитывается путем умножения показателя выноса почвенного азота при возделывании сельскохозяйственных культур на коэффициент перевода азота в гумус, равный 20.