Развитие научных основ чередования сельскохозяйственных культур

Необходимость чередования культур была давно установлена практикой, но она не имела достаточного обоснования. Еще древний римский деятель Колумелла считал, что бессменно выращивания растений приводит к отравлению почвы, накопление в нем вредных веществ, а также уменьшение запасов питательных веществ. Отсюда вытекают рекомендации применять навоз, сидеральные культуры, тщательно обрабатывать землю.

Римский писатель Вергилий в поэме "Георгики" писал, что, изменяя плоды, поля отдаются спокойствию. Плиний советовал посев пшеницы чередовать с бобами, люпина или викой, которые улучшают почву.

Причины снижения урожаев при бессменных посевах длительное время оставались неизвестными. 3ьясування их стало возможным только с развитием естественных наук.

С развитием естественных и агрономических наук были попытки глубже научно обосновать суть чередование культур. Одними из первых, кто выдвинул токсическое теорию чередования посевов в XVIII в., Были швейцарские ботинки Пирам и Альфонс Декан-рока. Согласно ей, растения выделяют в почву ядовитые вещества, которые вредят им, но не вредные для других растений.

В конце XVIII - начале XIX в. царила гумусовая теория питания растений, согласно которой пищей растений считали почвенный перегной. Исходя из этой теории, все растения полевой культуры делились на две группы: истощают и обогащающих почвы гумусом. К первой группе относили все зерновые культуры, а ко второй - кормовые травы и другие широколиственные растения. Травы оставляли много органического вещества с растительными остатками, которые поступали в почву, а широколиственные растения затеняли почву и этим способствовали улучшению его физических свойств. Те и другие при скармливании домашним животным были источником образования навоза, внесение которого в почву обогащало его органическое вещество.

В России теоретические основы плодосмены (гумусовую теорию) развивал профессор I. М. Комов (1788), в Германии - А. Д. Тэера (1812).

В странах Западной Европы плодосменная севооборота начали широко применять в середине XIX в. В России, за исключением некоторых районов, их внедряли. А. В. Со-ветов (1867) и другие ученые развивали теорию плодосмены применительно к природным условиям России.

Переход к плодосменная севооборотов имел прогрессивное значение, так как в них придерживался важнейший принцип плодосмены - строгое чередование различных по биологическим особенностям и агротехникой выращивания культур. Введение в трехпольной севооборота четырех групп культур вместо двух открывало широкие возможности для внедрения большого количества вариантов плодосменная севооборотов. Например, благодаря быстрому развитию в первой половине XIX в. сахарной промышленности свеклу были включены в такие севооборота.

При плодосменном системе севооборотов выращивали не только зерновые культуры, но и пропашные и многолетние бобовые травы в равных долях, не сеяли на одном месте культур одной группы даже два года подряд, предусматривали обязательное ежегодное чередование культур и продуктивнее использования под пашню кормовых угодий.

Возможность выращивания различных культур, значительное повышение производительности земледелия, увеличение производства зерновых и технических культур, большая гибкость плодосменная севооборотов - все это сделало их наиболее приспособленными к условиям и требованиям производства.

Под влиянием плодосменная севооборотов, более глубокого и тщательного обработки почвы, широкого и систематического применения удобрений повысилась плодородие полей, выросла их общая окультуренисть, существенно увеличились урожаи и общая производительность сельского хозяйства в странах Западной Европы, их внедряли.

В то же время изменение состава и соотношения культур в пределах чотирипильнои севооборота не смогла полностью удовлетворять потребности хозяйств. Поэтому это стали внедрять севооборота с большей ротацией полей. Внедрение плодосменная севооборотов было лишь первым шагом на пути научно-технического прогресса, обусловленного развитием капитализма в земледелии.

Совсем другое положение с внедрением плодосменная севооборотов, в России, особенно в центральных, восточных и южных районах. Попытки переноса таких севооборотов в Россию по западноевропейскому образцу, как правило, заканчивались неудачей. Одной из важных причин, которые препятствовали внедрению плодосменная севооборотов, было то, что площади под зерновыми в них не увеличивались, а даже уменьшались.

Серьезным препятствием внедрению плодосменная севооборотов были и более суровые природные условия, особенно частые засухи, которые вследствие сокращения площадей чистого пара на большой территории привели к значительному недобору урожая. На неудобрених и, кроме того, плохо обработанных землях занятых паров получали очень низкие урожаи озимой ржи и озимой пшеницы, поэтому в России господствующей системой севооборотов оставалось трехполье до 1917

Особенно неприглядная картина наблюдалась в черноземных районах. Здесь преобладали несовершенны трехпольные севооборота не только в крестьянских, но и в большинстве помещичьих хозяйств. В южных зерновых районах преобладающей формой использования земли оставалась односторонняя культура хлебов с сообща. Но и толока все больше сокращалась, уступая безпаровий, непрерывной культуре зерновых. Единственным районом, где были распространены плодосменная севооборота, был район помещичьего свеклосеяния.

Планомерное внедрение севооборотов в России и в Украине началось в тридцатых годы XX в. Наступил период массового перехода от трехпольной системы севооборотов к многопольным пропашных и плодосменная севооборотов.

Через 10 лет после выхода в России книги А. Д. Тэера "Основы рационального сельского хозяйства" (в Германии вышла в 1812, в России - в 1830 г..) Гумусовая теория питания растений подверглась резкой критике. В 1840 вышла известная книга Ю. Либиха "Химия в ее применении к земледелию и физиологии", в которой, в противовес гумусовой теории, провозглашалось, что только минеральные вещества доставляют пищу растениям. По теории Либиха, не может быть растений, которые улучшают почву. Все они только истощают его. Роль севооборота, по его мнению, сводилась лишь к отсрочке неизбежного истощения почвы.

На основе анализов было установлено, что зола одних растений содержит больше калия, в других преобладает кальций, в третьих - кремнекислота. Вся роль севооборота состояла в том, что при изменении культур по одной и той же суммы питательных веществ можно несколько отсрочить истощение почвы по сравнению с выращиванием одной и той же культуры, что приводит к быстрому истощению почвы на какую-либо одну минеральное вещество. Радикальным средством против истощения почвы Либих считал возврата взятых из него минеральных питательных веществ с удобрениями. Впоследствии это было признано одним из законов земледелия. Однако Либих недооценивал значение азота, считая что растения могут удовлетворить свою потребность в нем за счет атмосферы.

Исследованиями Бусенго во Франции и Лооза в Англии, которые проводились одновременно с появлением книги Либиха (1812), установлено важную роль азота в питании растений. Исключение из этого общего правила составляли растения из семейства бобовых, которые почти не реагировали на внесение азотных удобрений. Кроме того, выяснилось, что после них почву обогащается азотом.

Проведенные Бусенго анализы урожая и составлен баланс прихода и расхода питательных веществ за всю ротацию различных севооборотов показали большие излишки азота в севооборотах с клевером или люцерной. Таким образом, было подтверждено, что они обогащают почву не только на углерод, но и азот.

В дальнейшем факты обогащения почвы азотом были отмечены при выращивании и других бобовых культур. На Ротамстедской исследовательской станции в Англии это проявилось при культуре бобов.

Давно было замечено, что после люпина бедные песчаные почвы становились пригодными для выращивания небобовых культур, но лишь в 60-х годах XIX в. в хозяйственном опыте Шульца (Германия) выяснилось, что этому способствовал азот. Теория Шульца легла в основу сидеральных севооборотов. С открытием роли азота в жизни растений и способности бобовых обогащать почву на этот элемент теория севооборотов получила новую основу. Положительное значение чередования культур стали объяснять изменением бобовых культур растениями из других семей, потребляющих накопленный азот.

Причины такого влияния бобовых культур на почву и условия их азотного питания выяснил в 80-х годах XIX в. Гельригеля (Германия). На основе проведенных опытов он сделал вывод, что бобовые заражаются определенными бактериями, образуя на корнях клубеньки, которые приобретают способность усваивать азот воздуха. При отсутствии в почве соответствующих бактерий бобовые не способны его использовать и не отличаются в этом смысле от растений других семейств.

Следует отметить, что еще раньше в России, в 1865 г.., I. А. Воронин признал микроорганизмы причиной образования пузырьков на корнях бобовых растений, но их наличие не связывалась с усвоением азота. Таким образом, давно замечен в практике благоприятное воздействие бобовых растений полевой культуры (особенно многолетних) на плодородие почвы и продуктивность последующих культур получил научное обоснование, сохранившее свое значение и сейчас.

Вторая половина XIX в. ознаменовалась значительным развитием физики почв как в западных странах, так и в России (Мартин Эвальд, Е. Вольные, П. А. Костычев). Было выяснено, что плодородие почвы зависит не только от его химического состава, но и от физического состояния. Высокое плодородие целинных черноземов П. А. Костычев объяснял хорошей дрибногрудочкуватою структурой, которая образуется под влиянием многолетней травянистой растительности или скороспелых лог, что создается сеяными травами.

П. А. Костычев и В. Р. Вильямс в основу севооборотов возлагали структурную теорию, согласно которой бессменно выращивания культур приводит к деградации физических свойств почвы, в частности его структуры. Все растения В.Р. Уильямс разделял на те, которые восстанавливают структуру почвы и повышают ее плодородие (смеси многолетних бобовых и злаковых трав), и такие, которые ее разрушают (однолетние растения). Поэтому и возникала необходимость периодической смены культур на поле для восстановления утраченной почвенной структуры.

Признание водоупорной структуры почвы главным условием плодородия, а многолетних трав - единственным средством ее создания легло в основу травопольных севооборотов и травопольной системы земледелия. "Система мер, - писал В. Р. Вильямс (1946), - при которой мы поддерживаем прочность, то есть нерозмивнисть водой грудочкуватои структуры почвы, носит название системы земледелия". В основу травопольных севооборотов было положено периодическое изменение однолетних растений смеси бобовых и злаковых многолетних трав.

Положительное влияние многолетних трав на плодородие почвы и урожай последующих однолетних культур был известен давно. Травосеяния применялось в многопольно-травяных, улучшенных зерновых и плодосменная севооборотах.

Новым в учении о травопольные севооборота и травопольную систему земледелия была вторая роль травосеяния, которая выражалась в предоставлении прочности структурным частицам почвы.

Следующими многочисленными исследованиями отечественных и зарубежных ученых было установлено, что многолетние травы при двух или трехлетнем использовании хоть и улучшают физические свойства почв, однако не доводят их до состояния целинных черноземов. Положительное действие многолетних трав на плодородие почвы объясняется главным образом обогащением его органическое вещество и улучшением азотного баланса. В этом отношении многолетние злаковые травы и смеси их с бобовыми не имеют преимуществ перед бобовыми. Физические свойства почвы, в частности его структура, могут улучшаться другими средствами, в том числе и однолетними растениями при соответствующей технологии их выращивания. Внесением расчетных норм удобрений в севооборотах можно и без многолетних трав поддерживать бездефицитный баланс органического вещества и азота в почве. Таким образом, травосеяния в благоприятных природных условиях - важный элемент севооборота и на современном этапе развития земледелия.

В начале XX в. В. Г. Ротмистров (1910), по данным длительных наблюдений на Одесском исследовательском поле, сделал вывод о важном значении чередование сельскохозяйственных культур, которые имеют разную корневую систему, с учетом содержания влаги в почве.

Все полевые культуры по глубине проникновения корневой системы в почву можно разделить на три группы: с неглубокой (гречиха, просо, картофель, лен, конопля, горох, чечевица) - до 1,5 м; со средним (рожь, пшеница, ячмень, вика) - до 3 м; с глубокой (люцерна, донник, клевер) - более 3 м. В соответствии с этим растения используют влагу из разных по глубине слоев почвы и почву, что влияет на влагообеспеченность последующих культур. В. Г. Ротмистров выдвинул теорию коренезми-ны, то есть такого чередования культур, в основе которого лежала бы дифференциация выращиваемых растений по свойствам их корневых систем.

В. Г. Ротмистров выступал против включения в севооборот южных районов Европейской части бывшей России многолетних трав, поскольку они иссушают почву на большую глубину. Только паровой обработку поля, по его мнению, способен вернуть таком сухом слоя необходимую влажность. Эту точку зрения разделял А. С. Ермолов, который считал, что в основу чередование культур в засушливых районах должна быть положена идея коренезмины.

С рассматриваемого краткого обзора развития теоретических основ севооборота до середины XX в. видно, что в определенные исторические периоды развивалась то одна, то другая теория необходимости чередования культур, но преобладала теория питания и влагообеспеченности растений.

Все эти теории обосновывали необходимость чередования культур, но однобоко, тогда как научный метод требует учета взаимодействия всех факторов, обусловливающих эффективность чередование культур в севообороте. Именно с таких позиций к этому вопросу подошел академик Д. Н. Прянишников, объединив в четыре группы все причины, обусловливающие необходимость чередования культур в севообороте:

1) химические основы севооборота, или влияние правильного чередования культур на условия питания растений;

2) физические основы севооборота, или влияние правильного чередования культур на агрофизические свойства и влажность почвы;

3) биологические основы севооборота, или влияние правильного чередования культур на уменьшение засоренности сельскохозяйственных культур, количество вредителей и возбудителей болезней;

4) экономические основы севооборотов, или организационно-хозяйственное их значение. Дальнейшие исследования по вопросам севооборотов позволили сделать два очень важных вывода.

1. По мере интенсификации земледелия (химизация, мелиорация и др.) И применение высокой агротехники научно обоснованное чередование культур обеспечивает лучшее использование удобрений, оросительной воды, позволяет расширить состав предшественников для многих культур. Одновременно возрастает значение биологических причин чередования культур.

2. В условиях интенсификации земледелия возможность специализировать севооборота, то есть насыщать их главными культурами и применять повторные посевы одной и той же культуры.