Черноземы обыкновенные – прежде и теперь

Было бы огромной ошибкой думать, что плодородие почв является неизменным во времени, что оно представляет собой некоторую статистическую величину. Обобщения, выполненные в разных странах, подтверждают, что состояние почвенного покрова в последнее десятилетие ухудшилось.

[Ви повинні бути зареєстровані та підключені , щоб побачити посилання]

Каждому образованному человеку понятно, что для получения сегодняшних урожаев были использованы питательные вещества, которые накапливались в почве после минерализации произрастающих на них растений и из других источников в течение нескольких тысячелетий.

Рост урожайности нас радует, но вместе с ростом урожайности нарастает и истощение почвы, что связано с увеличением выноса из нее питательных веществ (табл. 1).

[Ви повинні бути зареєстровані та підключені , щоб побачити посилання]

В нынешнем генезисе почв сведен до минимума важный элемент – поступление извне питательных веществ как в виде органических, так и минеральных удобрений. В результате баланс питательных веществ в почве стал отрицательным почти по всем элементам питания.

Ныне становится глобальной проблемой постоянное снижение содержания в почве гумуса. Среднегодовые потери гумуса, по различным данным, в ряде регионов достигают 1 т/га, в частности, в степной зоне – 0,59, в лесостепной – 0,68, на Полесье – 0,8 т/га. Всего по Украине ежегодно потери гумуса составляют 24 млн т.
Среди всех типов почв наиболее плодородными являются черноземы. В нашей стране свыше 60% пахотных земель представлено черноземами. Исследования с помощью радиоуглеродного анализа показали, что черноземные почвы формировались в послеледниковый период в течение последних 10-12 тыс. лет. Возраст гумуса верхних почвенных горизонтов в среднем составляет не менее тысячи лет, а более глубоких горизонтов – не менее 7–8 тыс. лет (Виноградов, 1969).
В представлении многих людей, в том числе и специалистов в области земледелия, бытует мнение о чрезвычайно высоком плодородии черноземных почв. Эта мысль формировалась столетиями. Но черноземные почвы содержат в своем составе сравнительно небольшое количество подвижных форм питательных веществ.
Первым ученым, который еще в 1842 году убедительно доказал, что черноземные почвы, несмотря на сравнительно высокое их естественное плодородие, также, как и другие, нуждаются во внесении удобрений, был украинский ученый А. Е. Зайкевич.

Сравнение урожайности основных культур в Украине и в ведущих странах Западной Европы вызывает много вопросов. Почему, имея в своем распоряжении такие богатые почвы, Украина в течение последних двух столетий собирает урожаи, которые значительно ниже, чем в странах Западной Европы и США?
С целью изучения изменений, которые произошли в черноземах обыкновенных под влиянием длительного воздействия на них антропогенного фактора, было сделано два почвенных разреза: первый – на целинном участке вблизи села Байковка Пятихатского района Днепропетровской области, а второй – на старопахотном участке, на расстоянии 300 метров от первого.

Это не просто деградация. Это 13 типов деградации

Среди 13 типов деградации черноземов первой по значимости и глобальности называют дегумификацию. Важным показателем плодородия целинных почв является высокое содержание в них корневых и других растительных остатков, количество которых в метровом слое в обыкновенных черноземах достигает 25 т/га, а на старопахотных их величина значительно ниже. Через 8-10 лет после распашки целины величины, характеризующие содержание корневых и других растительных остатков, становятся более или менее постоянными. Это доказывает, что к указанному времени заканчивается разложение дернины, а в почве устанавливается определенное равновесие между процессами накопления и разложения органического вещества, которое является характерным для выращиваемых культурных растений. Для поддержания плодородия почв на высоком уровне в них всегда должен содержаться определенный минимум органических остатков. В качестве такого минимума для обыкновенных черноземов можно считать величину, равную 6–7 т органических растительных остатков на 1 га.
В старопахотных почвах процесс разложения органического вещества преобладает над процессом его синтеза, поэтому на старопахотной почве, по отношению к целинной, происходит постепенное снижение содержания гумуса, о чем свидетельствуют данные, представленные в табл. 2.

[Ви повинні бути зареєстровані та підключені , щоб побачити посилання]

Одновременно с уменьшением запаса гумуса в почвах снижается и содержание азота, что связано, главным образом, с выносом его сельскохозяйственными культурами. Под травянистой растительностью основным источником образования гумуса служат корни. Среднее содержание корней в черноземах обыкновенных на целине в степной зоне составляет около 350 т/га.
Основные причины дефицита органического вещества на старопахотных почвах следующие:
• при современной структуре посевных площадей с основной и побочной продукцией с полей удаляется 65-70% созданной культурами севооборота органической массы;
• усиление процесса минерализации за счет механической обработки почв;
• потери органического вещества почв за счет эрозии;
• увеличение в севообороте доли пропашных культур (установлено, что, при увеличении на 10% доли пропашных культур, в сево­обороте ежегодные потери гумуса повышаются на 0,2-0,4 т/га).
При распашке целины потери гумуса происходят, в первую очередь, за счет наиболее подвижных гумусовых веществ, слабо связанных с минеральной частью почвы и детрита – слабогумифицированных органических остатков.
Быстрыми темпами развиваются деградационные процессы в почве под влиянием эрозии. Ежегодно в Украине вследствие эрозии теряется 500 млн тонн почвы. С продуктами эрозии выносится до 24 млн т гумуса, 0,96 млн т азота, 0,68 млн т фосфора и 9,4 млн т калия, что, по экспертным оценкам, значительно больше, чем вносится с удобрениями.

Подсчитаем потери

Сравнительная оценка агрохимических показателей в образцах почвы, отобранных из почвенных разрезов на целинном участке и на пахоте, показала, что наиболее существенные изменения содержания гумуса наблюдаются в слое 0-5 см – 8,25% на целине против 4,2% на пахоте, т. е. почти в 2 раза ниже. До глубины 110-115 см по содержанию гумуса целинные участки существенно превышали пахоту и только начиная с глубины 115–120 см и глубже содержание гумуса на пахоте начало превышать целинный участок. Однако мощность гумусированного профиля почвы целинного участка приближалась к 70-80 см, а на пахоте – к 60-70 см. Таким образом, при распахивании целинных земель, в результате минерализации органического вещества, содержание гумуса резко снижается, а затем стабилизируется на определенном уровне. Аналогично изменениям гумуса изменялись запасы и содержание общего азота.

Разница в содержании общего фосфора в почве на целинных и старопахотных участках была присуща только верхнему (0–10 см) слою – 0,164-0,148%, а начиная со слоя почвы 10-20 см и глубже по профилю, его запасы находились почти на одном уровне (табл. 2).
Почва на целине и на пахоте по количеству подвижных форм фосфора в слое 0-5 см хорошо обеспечена этим элементом питания. На целине в слоях 11-15 см почва относится к средне­обеспеченной (92 мг/кг). Этот факт можно объяснить только объемами внесенных ранее удобрений.
Противоположная зависимость наблюдалась относительно обменного калия. Если на целине в слое 0-5 см его количество составило 795 мг/кг почвы, то на пахоте – 237 мг/кг, т. е. в 3,5 раза меньше. В слое почвы 6-10 см целина по содержанию калия превосходила пахоту в 2,74 раза, в слое 11-15 см – в 2,95 и в слое 16-20 см – в 2,4 раза. Это свидетельствует о недостаточном внесении калия в почву с удобрениями. Нивелирование содержания обменного калия на целине и пахоте наблюдалось только начиная со слоя почвы 56-60 см и глубже (табл. 2). На целинном участке, особенно в верхнем слое, значительная часть азота находится в аммонийной форме, что свидетельствует о низкой активности микроорганизмов из рода Nitrozomonas, а на старопахотном участке наблюдается противоположное (табл. 3).

[Ви повинні бути зареєстровані та підключені , щоб побачити посилання]

Наряду с макроэлементами для роста и развития растений очень важны и микро­элементы.
Источником микроэлементов в почве являются осадочные породы, которые образуются при выветривании горных пород минералов.
Поскольку на старопахотных почвах происходит уменьшение, по отношению к целине, содержания гумуса, это приводит и к снижению содержания на старопахотных почвах и микроэлементов в подвижной форме (табл. 4).

[Ви повинні бути зареєстровані та підключені , щоб побачити посилання]

Наряду с минеральной частью почвы важным источником минеральных веществ является органический компонент почвы. Разложение органического вещества находится в прямой зависимости от интенсивности микробиологических процессов. Данные учета общего количества микроорганизмов во взятых нами образцах указывают на резкое усиление микробиологической деятельности после распашки целины.
В старопахотных почвах резко увеличивается количество аэробных сапрофитных микроорганизмов, аммонификаторов и нитрифицирующих бактерий, что связано с улучшением аэрации почвы (табл. 5). Показателем интенсивности микробиологических процессов может служить содержание нитратов в почве. Наши данные показывают, что на старопахотных почвах нитратов накапливается до 50 мг/кг почвы, а на целине только 2-3 мг/кг.

[Ви повинні бути зареєстровані та підключені , щоб побачити посилання]

Численность аммонифицирующих бактерий на целинных и старопахотных участках имела небольшую разницу, а численность микроорганизмов, которые усваивают минеральный азот на пахоте в верхнем 0–5-сантиметровом слое почвы, была почти в два раза меньше численности этого вида бактерий на целине (табл. 5, 6). В результате коэффициент минерализации и иммобилизации азота на целине превышал по этому показателю пахоту.

[Ви повинні бути зареєстровані та підключені , щоб побачити посилання]

Пагубность мехобработки

Анализ данных (табл. 5, 6) выявляет такую закономерность: при достаточном увлажнении наибольшая численность микроорганизмов всегда присуща верхнему поверхностному слою 0-5 см. Максимальное количество целлюлозоразрушающих бактерий сосредоточено в этом слое почвы на целине. На пахоте численность последних оказалась примерно одинаковой до глубины 25-35 см, а затем, в связи с уменьшением корневых остатков и доступа воздуха, их количество резко снижается. Численность стрептомицетов была примерно одинакова как на целине, так и на старопахотной почве (табл. 6).
Таким образом, распахи­вание целины приводит к постепенному уменьшению численности микроорганизмов.
В тесной связи с накоплением и разложением корневых и других растительных остатков находятся процессы образования и разрушения структуры почвы. Длительная обработка почвы оказывает незначительное воздействие на механический и микроагрегатный состав почвы, однако весьма негативно воздействует на структурно-агрегатное содержание черноземов обыкновенных. Глыбистость почвы возрастает на 7,5% от массы (табл. 7, 8). На 10–18% снижается содержание агрегатов агрономически ценного размера (10–0,25 мм), на 15–19% – водоустойчивость почвенной структуры, на 18–26% – механическая прочность и на 2–4% – пористость агрегатов размером от 5 до 0,25 мм.

При длительном периоде механической обработки в пахотном слое в сравнении с целиной снижается содержание агрономически ценных агрегатов (10–0,25 мм) с одновременным увеличением глыб (>10 мм). Коэффициент структурности снижается в 2 раза. Нами было отмечено, что на обработанной пашне у агрегатов размером более 3–5 мм плотность достоверно выше, а пористость, соответственно, ниже, чем на целине; в более мелких агрегатах изменения менее заметны (табл. 7).
Из собранных данных (табл. 7–10) следует, что целинные земли содержат от 70 до 82% агрегатов крупнее 0,25 мм, из которых около половины приходится на комочки крупнее 3 мм. После распашки целины ко времени разложения основной массы органических остатков общее содержание водопрочных агрегатов крупнее 0,25 мм снижается, в зависимости от механического состава, до 50–60%. При этом уменьшается количество крупных агрегатов и возрастает содержание мелких – от 1 до 0,25 мм. Содержание этой фракции в старопахотных почвах достигает 32%.
В связи с наличием значительного количества частиц размером от 0,25 до 0,05 мм (около 30–50%) черноземы обыкновенные в распаханном состоянии обладают достаточно хорошей водопроницаемостью и имеют рыхлое сложение (табл. 7).

[Ви повинні бути зареєстровані та підключені , щоб побачити посилання]

Старопахотные почвы по отношению к целинным, особенно в верхнем слое, отличались повышенной плотностью сложения (табл. 11). Начиная со слоя почвы 50–60 см и глубже, происходит постепенное выравнивание плотности сложения почвы на целинных и старопахотных участках.
Следует отметить, что черноземы обыкновенные, по сравнению с другими типами почв, отличаются довольно высокой устойчивостью к снижению плодородия. Это позволяло нашим фермерам длительное время возделывать на них сельскохозяйственные культуры и довольно долго получать относительно высокие урожаи.

[Ви повинні бути зареєстровані та підключені , щоб побачити посилання]

Вся надежда на растительные остатки

В большинстве случаев естественное плодородие почвы не способно в полной мере обеспечить оптимальное сочетание необходимых растениям питательных веществ и воды для получения высокого урожая. Поэтому в агрономии должен обязательно применяться соответствующий комплекс мер по окультуриванию и улучшению свойств почвы.

Ведущими средствами для поддержания плодородия почв являются севообороты. Роль севооборотов в снижении негативного влияния климатических факторов и естественного плодородия в полеводстве остается важнейшей.
Механизация земледелия ничего не может дать почве, она лишь служит инструментом человеку в использовании того, что создано в ней в результате развития естественного почвообразовательного процесса за тысячелетия.
Как показывает мировой опыт, наиболее эффективный путь повышения урожайности сельскохозяйственных культур – внесение минеральных удобрений. Они обеспечивают 35% формирования урожая, пестициды – 20%, семена – 10%, агротехника – 15%, другие факторы – 20%. По многочисленным данным экспериментальных исследований, для достижения положительного баланса необходимо вносить не менее 240–270 кг NРК на гектар севооборотной площади.
Сегодня сельскохозяйственные предприятия преимущественно вносят азотные удобрения, что приводит к нарушению соотношения питательных веществ в почве, ухудшению качества выращенной продукции вследствие повышенного содержания в ней нитратов. В то же время фосфорные и калийные удобрения вносятся в недостаточном количестве. В 2008 году вносили минеральные удобрения в соотношении N:Р:К = 1:0,24:0,21, в 2010 году – 1:0,2:0,17, тогда как оптимальным считается соотношение N:Р:К=1:0,9:0,7. Без использования фосфорных удобрений эффективность применения других видов удобрений резко снижается.
Согласно разработанному в ННЦ «Институт почвоведения и агрохимии им. А. Н. Соко­ловского» (А. А. Хрис­тенко, 2010) прогнозу, при прекращении применения фосфорных удобрений содержание подвижного фосфора в почвах понизится на 3,0–3,2 мг/100 г почвы. Практически почвы потеряют то количество фосфора, которое было накоплено за годы интенсивной химизации.
Ныне внесение органических удобрений в сравнении с 1986-1990 гг. снизилось в 21 раз, площади посева бобовых трав сократились в 9 раз. Если в 2000 году было внесено 28410,1 тыс. т органических удобрений на площади 714,5 тыс. га, то в 2010 г. – 9874,1 тыс. т на площади 405,5 тыс. га. Соответст­венно снизилось и внесение их на 1 га с 1,3 т в 2000 году до 0,5 т в 2010 г.

В связи с сокращением поголовья скота нереальность обеспечения бездефицитного баланса гумуса из-за отсутствия необходимого количества навоза становится очевидной. Ныне уравновешивание баланса гумуса на относительно удовлетворительном уровне возможно только при условии использования растительных остатков всех полевых культур.
Только с соломой зерновых и зернобобовых культур (45-50 млн т ежегодно) при средних урожаях в почву может быть возвращено 15-20 кг N, 8-10 кг Р2О5 и 30-40 кг К2О, а также целый ряд микроэлементов.
С каждой тонной соломы, с учетом пожнивно-корневых остатков, в почву возвращается 8,5 кг азота, 3,8 кг фосфора, 13 кг калия, 4,2 кг кальция, 0,7 кг магния и целый ряд микроэлементов, которые накапливаются в соломе в большей мере, чем в зерне (Fe – от 10 до 30 г/т; Mn – от 15 до 70; Cu – от 2 до 5; Zn – от 20 до 50; Mo – от 0,02 до 0,4; B – от 2 до 5 г на тонну). Для ускорения разложения соломы ее следует обрабатывать различными деструкторами и вносить на каждую тонну соломы по 10 кг N в д. в.
Кроме растительных остатков другим источником органических удобрений должны стать сидераты. Они могут служить неисчерпаемым, постоянно возобновляемым источником органического вещества, а за счет бобовых сидератов – и экономически чистого биологического азота.
Нашими исследованиями, проведенными на ЭОС, было установлено, что проведение послежнивной сидерации редькой масличной совместно с измельченной соломой озимой пшеницы обеспечивает поступление органической массы, эквивалентной подстилочному навозу в разные годы от 15 до 35 т/га.

[Ви повинні бути зареєстровані та підключені , щоб побачити посилання]

Итоги

Подводя итог проведенной оценке агрофизических и агрохимических показателей черноземов обыкновенных на целине и старопахотных участках, можно сделать такие выводы:
1. Под влиянием длительной обработки черноземов обыкновенных в них развиваются процессы антропогенной деградации. Свойства старопахотных черноземов обыкновенных в настоящее время существенно ухудшаются.
2. Процессы деградации явно диагностируются по морфологическому изменению структуры, переуплотнению, дефицитному балансу макро- и микроэлементов, эрозии и другим характеристикам.
3. Учитывая, что в настоящее время применение органических и минеральных удобрений осуществляется в минимальных объемах, ожидать существенного улучшения агрофизических и агрохимических свойств почв в современных условиях не приходится.
4. Для прекращения дальнейшего развития процесса дегумификации почвы необходимо максимально широко применять в качестве органических удобрений пожнивные остатки и солому, а также внедрять в производство сидеральный пар и послежнивную сидерацию.

[Ви повинні бути зареєстровані та підключені , щоб побачити посилання]

Сергей Крамарев,
доктор сельско­хозяйственных наук
Группа соавторов,
Днепропетровский национальный университет им. О. Гончара