Комплексный мониторинг плодородия почв

Таксономия плодородия почв

План 1. Сущность почвенного плодородия

КРАТКИЙ КУРС ЛЕКЦИЙ

Лекция 1. «ПЛОДОРОДИЕ ПОЧВЫ И ЕГО ВИДЫ»

1. Оптимальное сочетание всех агроэкологических факторов в требуемых для сельскохозяйственных культур режимах (водный, питательный, тепловой, воздушный) с учетом их биологических требований, почвенно-климатических и погодных условий, фито-санитарного состояния почв и посевов является одним из основных условий высокой продуктивности и устойчивости земледелия. Со­хранение и повышение плодородия почв осуществляется проведе­нием комплекса агротехнических, агрохимических, фитосанитарных, противоэрозионных, мелиоративных и других мероприятий, разрабатываемых по результатам комплексного мониторинга плодородия земель сельскохозяйственного назначения. По ГОСТ 27593-88 под термином плодородие почвы следует понимать «способность почвы удовлетворять потребность растений в элементах питания, влаге и воздухе, а также обеспечивать условия для их нормальной жизнедеятельности».

2. Плодородие почв имеет две категории, которые различаются между собой овеществленным результатом прошлой антропоген­ной деятельности.

Естественное (природное) плодородие является свойством поч­вы, сформировавшейся в природных условиях без антропогенного вмешательства. Примером его реализации являются целинные поч­вы в экологических системах, представленных естественными ландшафтами.

Естественно-антропогенное плодородие является свойством почвы, сформировавшейся в результате взаимодействия природно­го почвообразовательного процесса и целенаправленной антропо­генной деятельности (распашка целины, периодическая механиче­ская обработка, мелиорация, применение удобрений, химикатов и т.п.), дополняющих друг друга. Примером его реализации являются пахотные почвы в агроэкологических системах, представленных агроландшафтами.

Категории плодородия включают две формы.

Потенциальное (или пассивное) плодородие представляет собой почвенное свойство, характеризуемое общими запасами питатель­ных веществ, необходимых для растений, а также физическими, химическими, биохимическими, физико-химическими, биологиче­скими и другими свойствами почвы. Потенциальное плодородие, отражающее исходные, генетически обусловленные возможности почвы отождествляется с естественным (природным) плодородием, которое характеризует энергию, накопленную в естественных, природных биогеоценозах на старте их возможного антропогенно­го преобразования. Оно определяется величиной ресурсов (запас­ной фонд) при максимальном уровне их реализации на основе са­морегулирования.

Действительное (или актуальное, эффективное) плодородие представляет собой почвенное свойство, характеризуемое обменны­ми запасами питательных веществ, необходимых для растений, а также агрофизическими, агрохимическими и другими агрономически важными свойствами почвы. Действительное плодородие явля­ется формой естественно-антропогенного плодородия, которое ха­рактеризует энергию, накопленную суммарно за счет естественных процессов и антропогенного воздействия. Оно определяется величи­ной ресурсов (обменный фонд) при фактическом уровне их реализа­ции в условиях конкретного агроценоза на фоне определенной тех­нологии. Эффективное плодородие, выраженное в стоимостных по­казателях, представляет собой экономическое плодородие.

Эта форма имеет, в свою очередь, вид плодородия.

Искусственное плодородие представляет собой свойство почвы, сформированной в результате целенаправленной антропогенной деятельности. Проявляется при создании субстратов для теп­лиц, парников, искусственных почв на ограниченных территориях (например, огороды). Определяется величиной ресурсов при задан­ном (искусственно сбалансированном) уровне их реализации.

Плодородие, как часть почвообразовательного процесса, тесно связано с превращениями, аккумуляцией и передачей энергии и веществ, что происходит в результате количественных и качест­венных изменений факторов и условий плодородия. Эти изменения могут протекать как в благоприятном для развития плодородия от­ношении, так и в неблагоприятном.

Урожайность сельскохозяйственных культур является следстви­ем реализации не только эффективного, но и потенциального пло­дородия, а также агроклиматических, производственных и других ресурсов. Важнейшая задача земледелия — обеспечение стабиль­ного роста урожаев при высоком качестве продукции на основе расширенного воспроизводства эффективного и потенциального плодородия почв.

3.В настоящее время достаточно хорошо известно, что в отличие от естественных биогеоценозов с относительно замкнутым циклом биогенных элементов в агроценозах происходит разрыв этого цикла из-за отчуждения питательных веществ с урожаем, снижение их доступности растениям, потерь в результате стока, эрозии, денитрификации, инфильтрации и т.д. Нарушение баланса питательных веществ в земледелии ведет не только к уменьшению производства продукции и ухудшению ее качества, но и к снижению устойчиво­сти агроландшафтов. Систематическое наблюдение, изучение, ана­лиз этих процессов и принятие необходимых мер составляют осно­ву мониторинга. По существу, это сложное комплексное исследо­вание большого количества сопряженных факторов, обеспечиваю­щее соблюдение главного принципа, в соответствии с которым раз­витие природы и цивилизации, взаимодействуя, должно обогащать друг друга, обеспечивая биосферосовместимость и высокое качест­во жизни человека. В этой связи особенно актуальны высказывания Ю. Либиха («Химия в приложении к земледелию и физиологии», Сельхозгиз, 1936) о поступательном развитии мониторинга плодо­родия почв и химизации земледелия: «Ни одна техническая дея­тельность для своего успешного развития не требует большего объема знаний, чем сельское хозяйство, и вместе с тем нигде нет большего невежества, чем в сельском хозяйстве» (стр. 356) и «…Чтобы сохранить плодородие почвы, ей должно возвращать все, у нее взятое. Если взятое не будет возвращено полностью, то нель­зя рассчитывать на получение вновь таких же урожаев; урожаи мо­гут быть повышены путем увеличения содержания в почве упомя­нутых составных частей» (стр. 52).

До ХIХ столетия оценка качества почв сельскохозяйственных земель носила описательный характер и в основном была предна­значена для фискальных целей (налогообложение землевладель­цев). В ХIХ-ХХ вв. в связи с определенными научными достиже­ниями в земледелии, почвоведении, физиологии растений, агрохи­мии и других областях естественных наук для оценки плодородия почв стали использовать также результаты количественного анали­за показателей свойств почв, при этом возросло число их наимено­ваний. Результаты качественной оценки земель сельскохозяйствен­ного назначения в современных условиях используют не только для установления стоимости земли и земельных налогов, но и для решения управленческих задач по повышению продуктивности земледелия и воспроизводству почвенного плодородия (примене­ние удобрений, химическая и водная мелиорация, противоэрозионные и фитосанитарные мероприятия и др.). В последние годы при оценке качества земель в зарубежных странах усиливается роль критериев, связанных с охраной окружающей среды, а также роль автоматизированных земельных информационных систем и цифро­вых кадастровых карт. ФАО для оценки качества земли в неоро­шаемом земледелии рекомендует использовать следующие показа­тели: режим радиации (общая радиация, длина дня), температур­ный режим, доступность влаги (общая влажность, критические пе­риоды, опасность засухи), доступность корням О₂ (условия дрена­жа), содержание доступных для растений питательных элементов, условия укоренения и условия, влияющие на прорастание семян и образование травостоя, влажность воздуха как фактор роста, усло­вия созревания, опасность затопления, климатические опасности (мороз, шторм), избыток солей (засоленность, солонцеватость), токсичность почвы (присутствие Аl, кислотность, щелочность, кислые сульфаты и другие), фитосанитарное состояние (сорняки, вредители, болезни), пригодность почвы к обработке, потенциал механизации, условия подготовки земли или ее расчистки под пашню, условия хранения и перевозки продукции, местоположе­ние, опасность эрозии (дефляции) и деградации почвы. Все показатели группируются по разделам: климатические условия, климат почвы, форма и рельеф участка, гидрология, фитосанитарное состояние посевов и почвы, морфология почвы, физика и эро­зия почвы, химия почвы, биология почвы, минералогия почвы, ме­стоположение земельного участка.

Как правило, в странах дальнего зарубежья ограничиваются оценкой эффективного плодородия почвы по расширенному набо­ру показателей агрофизических, агрохимических, биологических свойств, характеру рельефа местности, подверженности почв про­цессам эрозии, климатических условий, фитосанитарного состоя­ния и другим показателям, важнейшим из которых является про­дуктивность растений. По комплексной оценке, выраженной в про­центах от урожайности, получаемой в оптимальных условиях при отсутствии специальных затрат, определяют класс пригодности земли для тех или иных культур: >80% — высокая пригодность; 41-80% — средняя пригодность; 20-40% — ограниченная пригод­ность; <20% — непригодные земли.

О необходимости более широкого набора показателей для пол­ной оценки плодородия земель сельскохозяйственного назначения свидетельствуют также отечественный производственный опыт и результаты научных исследований. Земледельческая территория России относится, в основном, к ареалу пониженной биологиче­ской активности. Более 70% ее характеризуется крайне холодным или засушливым климатом. В отдельные годы более половины площади земель подвергается засухе. По многолетним метеороло­гическим данным, вероятность сухих, засушливых и полузасушли­вых лет составляет в степной зоне темно-каштановых почв 93%, черноземов — 73, в лесостепной зоне — 38, а в среднетаежной подзоне подзолистых почв — 17%. Даже в избыточно влажной се­веро-таежной подзоне примерно один раз в 16 лет растения стра­дают от недостатка влаги. В Нечерноземье европейской части Рос­сии урожайность сельскохозяйственных культур на 10-30% зависит от погодных условий.

Биоклиматический потенциал земледельческой территории Рос­сии в 2,4-3,2 раза ниже, чем в странах Западной Европы и США. Поэтому для условий нашей страны особенно важно для обеспече­ния благоприятных для растений агроэкологических условий осу­ществлять по результатам комплексного мониторинга плодородия почв соответствующие агротехнические, агрохимические, мелио­ративные и другие мероприятия, направленные на улучшение не только агрохимических, но и физических, водно-физических и био­логических свойств почв сельскохозяйственных угодий. Свойства почвы находятся во взаимодействии между собой. Комплексный подход к оценке почвенного плодородия с учетом значений инте­гральных показателей всех основных свойств почв, определяющих продуктивность растений, позволяет при наименьших затратах це­ленаправленно, исходя из установленных лимитирующих факто­ров, повышать плодородие почв каждого конкретного земельного участка (поля) хозяйств.

Так, уплотнение почв сельскохозяйственной техникой приводит к ухудшению их агрофизических, биологических и агрохимических свойств, водного, воздушного, теплового и пищевого режимов, снижению всхожести семян сельскохозяйственных культур, усло­вий произрастания и развития их корневой системы и в итоге — к значительному (до 50%) снижению урожайности по сравнению снеуплотненными участками. Уплотненная почва, затрудняя про­никновение корней в нижние горизонты, ограничивает возмож­ность растений использовать питательные вещества из почвы и удобрений. На переуплотненных почвах в первую очередь следует провести агротехнические мероприятия по разуплотнению и по­вышению устойчивости их к уплотнению.

Говоря о более широком использовании биологического азота в земледелии, следует учитывать, что его поступление в почву зави­сит, как и урожайность сельскохозяйственных культур, от уровня плодородия почв. Бобовые культуры, за исключением люпина и лядвенца рогатого, особенно клевер и люцерна, очень чувствитель­ны к кислотности почвы и наличию в ней алюминия. При содержа­нии его более 4 мг на 100 г почвы, что наблюдается на кислых поч­вах при рН_КСl 4,8-5,0, азотфиксация прекращается. Наряду с благо­приятной реакцией почвенной среды необходима также сбаланси­рованная обеспеченность растений Р, К, Са, Mg, S и микроэлемен­тами. Фиксация атмосферного азота ризосферными бактериями на злаковых и других небобовых растениях и свободноживущими микроорганизмами зависит также от степени окультуренности почв. В отличие от азотфиксирующих бактерий почвенные эндо-микоризные грибы (ВАМ), мобилизующие прежде всего фосфор из труднодоступных для растений почвенных фосфатов, развиваются в более широком интервале рН — от 4,0 до 9,5, но оптимальной для них является слабокислая (рН 6) или нейтральная реакция. Они требуют также умеренно увлажненных и хорошо аэрируемых почв, соответствующих температурных условий и уровня минерального питания. Таким образом, от биологической активности почв зави­сят агрохимические свойства почвы (обеспеченность N, Р и други­ми питательными веществами), в то же время для нормальной жиз­недеятельности полезной микрофлоры требуется оптимизация аг­рохимических свойств почв. Можно привести и много других при­меров тесного взаимодействия различных свойств почвы между собой, свидетельствующих о необходимости системного подхода к оценке плодородия почв, не ограничиваясь только агрохимически­ми, что до сих пор наблюдается в агрохимической службе.

В основу проводимого агрохимической службой мониторинга плодородия почв должен быть положен комплекс определяемых интегральных показателей различных свойств почв и других факторов, от которых зависит урожайность сельскохозяйственных культур, при регулировании которых должно быть строгое соблю­дение основных законов земледелия: автотрофности зеленых рас­тений, физиологической равнозначимости и незаменимости факто­ров, ограничивающего фактора, совокупного действия факторов, возврата питательных веществ и энергии в почву, экологического соответствия между производством и окружающей средой.

Нарушение этих законов земледелия приводит к деградации почв сельскохозяйственных угодий, ухудшению окружающей сре­ды, снижению продуктивности и устойчивости земледелия.

При проведении комплексного мониторинга плодородия почв сельскохозяйственных земель должны решаться следующие задачи:

1)получение достоверной и объективной информации о состоя­нии плодородия почв;

2)системный анализ и оценка получаемой информации;

3)паспортизация и комплексная оценка плодородия почв каж­дого земельного участка (поля);

4)сертификация почв земельных участков;

5)разработка и ежегодное представление Правительству Рос­сийской Федерации национального доклада о состоянии плодоро­дия почв земель сельскохозяйственного назначения; аналогичная работа выполняется на региональном и местном уровнях;

6)разработка целевых программ в области обеспечения плодо­родия почв земель сельскохозяйственного назначения на федераль­ном, региональном, районном и хозяйственном уровнях;

7)разработка проектов производства растениеводческой про­
дукции (зерна, картофеля, овощей, плодово-ягодной продукции,
винограда, кормов и др.).

Вопросы для контроля:

1.Какие категории имеет плодородие почв?

2.Из каких форм складывается почвенное плодородие?

3.Назовите виды почвенного плодородия.

4.Какие критерии служат для оценки почв?

5.Назовите классы пригодности земель.

6.Какие задачи решаются при комплексном мониторинге почв?