Задачи по управлению плодородием почв

Охрана почв должна планироваться с учётом результатов почвенного мониторинга и реализовываться на основе научных разработок.

Охрана почв, их рациональное использование, разработка и применение мелиоративных мероприятий по расширенному воспроизводству почвенного плодородия – важнейшие проблемы почвоведения. Решение этих задач требует глубокого познания закономерностей образования и развития ПП, его связей и взаимодействий с компонентами окружающей среды. Схема модели управления почвенными процессами показана на рисунке 13.

Рис. 13. Графическая модель управления почвенными процессами в агроландшафте

Способы управления процессами вытекают из анализа состояния почвенной системы в связи с факторами почвообразования и функционированием. Разработка мелиоративных и агротехнических мероприятий должна выполняться с учетом прогноза их воздействия на свойства и режимы почвы (водный, воздушный, тепловой, питательный, токсикозный и другие). Система управления плодородием должна быть гибкой и своевременно корректироваться в зависимости от состояния почвы, элементов её плодородия и внешней среды. Принцип обратной связи и мониторинга почвенного плодородия в системе управления строго необходим.

Объектами непосредственного управления служат основные почвенные режимы, т. е. функциональная часть почвы. Вместе с тем реализация мелиоративных и агротехнических приёмов должна быть направлена на оптимизацию структурнойчасти почвенной системы (морфология, состав и свойства почвы), не допуская её деградации. По мнению Б.С. Носко, В.В.Медведева и др. (Почвы Украины…, 1988 б, с. 163) только стратегия может гарантировать экологическую стабильность систем управления. Индикатором правильности стратегии управления является состояние растений.

При контроле состояния почв обязательно должны учитываться биологические критерии. Разнообразные антропогенные воздействия на почву могут приводить к принципиальному изменению всей почвенной экосистемы. При этом происходят существенные перестройки в структуре почвенных микробных сообществ, изменяются состав и соотношение различных групп микроорганизмов, меняется характер вызываемых ими процессов.

Обеднение комплексов почвенных микробов при антропогенной деградации почв регистрируются различными экологическими показателями (индексами разнообразия и сходства, кривыми рангового распределения встречаемости и относительного обилия видов). В наибольшей степени эти показатели проявляются на бедных почвах, при высоких уровнях воздействия и, особенно, под влиянием стойких загрязнителей.

Трансформация микробных сообществ вследствие антропогенной деградации почв таит в себе опасность не только потери природного видового разнообразия, но и формирование биологических условий среды, имеющей опасные для человека свойства. Роль почвы и почвенной биоты в формировании этих свойств до сих пор оценивались недостаточно. В настоящее время уже доказано, что деградация почв приводит к изменению циклов биофильных элементов в почвах и часто сопровождается повышенной эмиссией парниковых газов из почв в атмосферу. Рост концентрации этих газов в современной атмосфере Земли может служить конкретным примером глобального характера угрозы современной деградации ПП планеты.

Системное управление плодородием предусматривает гармоничное сочетание приемов по совершенствованию как структурной, так и функциональной организации почв, интенсивно используемых в сельском хозяйстве (Почвы Украины, 1988 б, с. 163).

Управление водно-воздушным режимом почв предполагается осуществлять на технически более совершенных, чем до сих пор, осушительно-оросительных системах, позволяющих оперативно регулировать его параметры. Высокий уровень управления водным режимом имеет место на оросительных системах с автоматизированными поливами. При этом исключаются непроизводительные потери оросительных вод и стабилизируются оптимальные продуктивные запасы почвенной влаги в соответствие с фазами вегетации растений.

Водный режим черноземов типичных и обыкновенных в неорошаемых условиях следует регулировать в основном за счет внедрения комплекса агротехнических и лесомелиоративных приемов, способствующих поглощению почвой атмосферных осадков и эффективному использованию их растениями. Исключительно большая роль в этом принадлежит черному пару, который не только обеспечивает накопление почвенной влаги, но и позволяет систематически уничтожать сорняки.

Для предотвращения переуплотнения почвы с последующим ухудшением водно-воздушного режима необходимо использовать технику, у которой удельное давление на почву равно или ниже ее несущей способности. Необходимо применять машины с небольшой массой, широкозахватные и комбинированные агрегаты, уменьшать число проходов техники по полю путем совмещения технологических операций и тем самым снижать технологические нагрузки на почву.

Кроме того, окультуривая ПП путем повышения запасов гумуса, земледелец улучшает агрегатно-структурный состав и биологические свойства, тем самым обеспечивает почвам высокую саморегулирующую способность в отношении водно-воздушного режима.

Формирование оптимального питательного режима – важнейшая составная часть системы управления почвенным плодородием. В почвах большей части сельскохозяйственных угодий страны доступные формы питательных веществ находятся в дефиците. Исследование круговорота азота в агробиоценозах выявило отрицательный баланс этого элемента в почвах Лесостепи и Степи: расходная часть баланса превышает приходную почти в 3 раза (Носко и др., 1982).

Контроль состояния питательного режима в настоящее время практически не ведется. Необходимо реанимировать агрохимическую службу, выполнявшую эту работу прежде. Эта служба должна быть оснащена автоматизированными почвенными датчиками, сигнализирующими об уровне содержания доступных для растений элементов питания. Вносить азотные удобрения следует строго регламентировано, малыми дозами и только в соответствии с физиологическими потребностями растений в различные фазы их роста и развития. В целях снижения концентрации минерального азота в почвенном растворе используют медленнодействующие формы (мочевинно-формальдегидные и др.), а также дробное их внесение. В практике интенсивного земледелия следует больше использовать биологические приёмы оптимизации азотного режима за счет сидератов, органических и бактериальных удобрений. Применение клубеньковых бактерий способствует созданию высокой азотно-буферной ёмкости почвы, способной к саморегуляции азотного режима.

Достигнутый к концу 80-х годов положительный баланс фосфора способствовал повышению содержания в почвах Украины его растворимых соединений с 7,1 мг до 8,3 мг на 100 г почвы (Почвы Украины …, 1988 б). Разработанный прогноз показал, что для достижения оптимального фосфатного уровня черноземов (15-20 мг Р₂О₅) необходимо до 2000 г. увеличивать его содержание в почве на 6-10% по сравнению с уже достигнутым. К сожалению, этот план не был реализован.

Преобладающая часть ПП страны (за исключением почв Полесья) обеспечены калием и обладают саморегулируемостью калийного режима, благодаря наличию достаточного количества калийсодержащих глинистых минералов. Однако песчаные, супесчаные и торфяные почвы отличаются слабой обеспеченностью калием, и для получения высоких урожаев нуждаются в минеральных удобрениях, в том числе – калийных. На легких почвах Полесья рекомендуется вносить их слаборастворимые формы.

С экологических позиций предпочтителен локальный («строчкой») способ внесения основных удобрений, когда они подаются в корнеобитаемую зону. Особенно это важно для многолетних насаждений – виноградников, садов, эфиромасличных плантаций.

Необходим контроль обеспеченности растений другими макро- и микроэлементами (кальций, магний, сера, медь, кобальт, цинк и др.). Недостаток их восполняют применением органических удобрений, сапропелей, пиритных огарков и других отходов промышленности, а также солей дефицитных элементов.

Тепловой режим почв является наименее управляемым в системе управления плодородием. С ним связаны сроки начала и окончания полевых работ, степень губительных заморозков, микробиологическая активность почв, минерализация гумуса, интенсивность почвенных процессов, качественный состав воздуха. На преобладающей части территории Украины складывается вполне благоприятный для роста и развития тепловой режим почв. Лишь песчаные, луговые и торфяные почвы нуждаются в улучшении их тепловых свойств и микроклиматических условий произрастания растений. Тепловые свойства легких по механическому составу почв улучшают внесением органических удобрений, минерального ила, а торфяные – улучшают путем глинования, пескования. Тяжелые глинистые почвы тоже требуют пескования, кроме того, на них применяют мульчирование и внесение опилок и кальцийсодержащие субстраты. Земледельцам очень важно знать температурный режим почвы, чтобы оперативно применять меры по его оптимизации (снегозадержание на полях, прикатывание снега, утеплительные поливы, окуривание и др.).

Под токсикозным режимом почвы понимают совокупностьпроцессов, обусловливающих накопление вредных веществ в почвенном растворе на уровнях, выше установленных ПДК и угнетающих растения и почвенную микрофлору (Почвы Украины…, 1988). Токсикозный режим может быть следствием как естественного хода почвообразования, так и антропогенного.

Наиболее распространенные токсические вещества – легкорастворимые соли, повышенная кислотность или щелочность, подвижный алюминий, закисное железо, и органические токсины разной природы. Избыточное содержание в почвенном воздухе углекислого газа, метана и сероводорода тоже действуют на растения токсично.

Из солей наиболее токсичны сода и хлориды, менее – сульфаты натрия и магния, а также карбонат магния. Уровень токсичности солей зависит от их содержания и от соотношений. Так, токсичность хлоридов и сульфатов натрия и магния снижается при наличии гипса, что объясняется антагонизмом ионов (Драган, 2004, с. 137). Различные виды растений и даже сорта одного вида обладают неодинаковой солеустойчивостью. К настоящему времени разработаны критерии оценки пригодности засоленных почв для тех или иных культурных растений, что позволяет специалистам правильно их размещать с учетом характера ПП. Основным принципом устранения солевого токсикоза является строго дифференцированный подход: конкретный комплекс мелиорирующий мероприятий разрабатывается на основании солевой съемки и результатов почвенно-мелиоративного обследования засоленных почв.

К мелиорирующим мероприятиям галогенных почв относятся следующие виды мелиораций (М): фитобиологическая, химическая, водная, агротехническая (терминология по Почвы Украины, 1988 б, с.170).

Фитобиологическая М – заключается в правильном выборе культурных растений, которые при удовлетворительном росте и урожае обеспечивают отрицательный солевой баланс почвы. К таким культурам относятся травы (разные виды пырея, костер безостый, райграс французский, овсяница луговая, бескильница), сорго, сахарная свёкла, брюква, кормовая капуста. На слабо- и среднезасоленных почвах можно получать хорошие урожаи ячменя, ржи, овса, пшеницы на зеленый корм и сено, спаржи, тимофеевки, люцерны, донника, полевого гороха, проса, вики, конских бобов.

Химическая мелиорация направлена на изменение соотношения солей и изменение реакции почвы путем внесения гипса или других мелиорантов. Нельзя вносить известь в засоленную сульфатом натрия почву, т.к. при этом образуется сода.

Гидромелиорации – удаление токсичных солей из корнеобитаемого слоя путем промывки почвы на фоне дренажа с обязательным отводом промывочных вод.

Агротехнические мелиорации включают глубокое мелиоративное рыхление, внесение повышенных норм органических удобрений, недопущение образования корки путем регулярного рыхления поверхности, мульчирование, снегозадержание, внедрение правильных севооборотов

Потенциально опасными в отношении накопления и загрязнения азотом почв, поверхностных и грунтовых вод, а также растениеводческой продукции, являются жидкие органические удобрения, получаемые с животноводческих ферм. Токсичность этих удобрений обусловлена наличием в них аммиака, содержание которого в свиноводческих стоках 0,4-0,5 г/л, сухого остатка – до 10 г/л. Хотя стоки обладают высокой удобрительной ценностью, их следует применять в малых дозах, разбавляя водой.

В Полесье актуален токсикоз от высокой кислотности почв и подвижного алюминия, а в сухой степи – от щелочей. При кислой и щелочной реакции почв растения ограниченно поглощают основные элементы питания, но в избытке потребляют марганец, алюминий и железо, которые отрицательно действуют на рост и развитие. Поэтому необходимо обеспечивать оптимальные кислотно-щелочные условия почвенного раствора постоянно.

Тяжелые металлы, накапливаясь в почве, отрицательно влияют на протекающие в ней химические и биологические процессы. Загрязненные почвы следует использовать только под технические и декоративные культуры и не выращивать на них овощи, корм скоту и т. п., чтобы не допускать поступление тяжелых металлов в организмы животных и человека. Действенными мерами детоксикации тяжелых металлов являются различные мелиоративные приемы, способствующие связыванию этих элементов в труднорастворимые соединения. К таким приемам относятся внесение органических веществ, соединений кальция. Металлотоксикоз рассматривается в следующем разделе.