Влияние севооборота на содержание органического вещества в почве

Способность почвы создавать необходимые условия для развития сельскохозяйственных культур и формирования высоких урожаев неразрывно связана с запасами в нем органических веществ. Известно, что гумус обуславливает благоприятный питательный, водно-воздушный, тепловой и биологический режимы, структурность почвы, накопление физиологически активных веществ. Богатые гумусом почвы отличаются большей устойчивостью урожаев, выращиваемые на них сельскохозяйственные культуры устойчивы против возбудителей болезней и неблагоприятных факторов внешней среды и дают продукцию высшего качества. На таких почвах уменьшается угроза загрязнения их токсичными веществами.

В интенсивных севооборотах значение гумуса как регулятора плодородия почвы значительно возрастает. Гумус как основа биогенности почвы, его физико-химической и биологической емкости и буферности, в значительной мере предопределяет трансформационные возможности почвы, то есть способность эффективно воспринимать, аккумулировать внесенные с удобрениями батарейки и равномерно обеспечивать ими растения, выравнивать концентрацию и обеспечивать быструю утилизацию пестицидов и других химических препаратов, а также смягчать действие экстремальных погодных условий. Такие особенности гумуса способствуют повышению эффективности удобрения, химической защиты растений и других зимостойкости.

Существует прямая зависимость между гумусом, энергией почвы и урожаем. Американские ученые Александер и Мидлтон так определили роль органических веществ: "... содержание органических веществ в почве является показателем его состояния и физических свойств так же, как температура тела является показателем состояния больного».

Установлено, что даже при полном обеспечении растений минеральным азотом урожай значительной степени (на 40-50%) формируется за счет собственно почвенного азота, происходит в основном из гумусовых веществ почвы. Поэтому если исключить повторное возвращение в почву этой части азота в форме органического вещества, то даже при интенсивном применении минеральных удобрений баланс азота и гумуса почвы будет неизбежно отрицательным (А. М. Лыков, 1984).

В естественных фитоценозах процессы синтеза органического вещества почвы всегда преобладают над разложением, происходит накопление гумуса. Больше всего его содержат черноземы типичные, где общие запасы достигают 400-700 т / га. К северу и к югу от зоны их распространения запасы гумуса в почвах уменьшается до 350-400 т / га в обычных, 270-300 в черноземах южных, 200 в каштановых почвах и соответственно 300, 100-150 и 50 т / га в темно серых, серых лесных и дерново-подзолистых почвах.

Проблема дефицита органического вещества возникает при привлечении почв в сельскохозяйственное производство. Основные причины этого следующие:

- Отчуждение значительной части фитомассы урожая выращиваемых культур, в результате чего снижается уровень гумификации. По современной структуры посевных площадей с основной и побочной продукцией с поля выносится 65-70% создаваемой культурами севооборота органической массы;

- Усиление процессов минерализации и увеличение других потерь органического вещества (вымывания, эрозия и др.) Через рыхление почвы и длительный период, когда его поверхность остается без растительного покрова.

Концентрация посевов пропашных культур в связи с биологическими особенностями и технологией выращивания негативно влияет на круговорот органических веществ, что приводит к нарушению равновесия процессов синтеза и разложения в сторону усиления последнего. Установлено, что при увеличении на 10% доли пропашных культур в севообороте ежегодные потери гумуса растут на 0,2-0,4 т / га.

Потери органического вещества особенно увеличиваются в почвах с промывочным режимом и активными процессами разложения или вымывания, таких как дерново-подзолистые, серые лесные, бурые, оподзоленные и др.

Основным источником накопления органических веществ в почве, который обрабатывается, является культура полевых растений, их корневые и пожнивные остатки. С растительными остатками в типичных севооборотах в почву поступает органических веществ больше, чем с органическими удобрениями. Некоторое накопление органического вещества в почве происходит уже во время вегетации растений за счет регенерации корневой системы, корневых выделений и усиленной деятельности микроорганизмов. Итак, сельскохозяйственные культуры, как и вообще растения, является не только "потребителями", но и активными "творцами" почвенного плодородия.

Сельскохозяйственные культуры по их способности накапливать растительные остатки можно разделить на три основные группы: многолетние травы (бобовые, злаковые и их смеси), которые накапливают больше корневых и послеукосных остатков - 50-80 ц / га и более сухой массы, что в 1,3 1,5 раза больше сформированного урожая; озимые рожь и пшеница, которые оставляют растительных остатков 40-50 ц / га, что равняется урожая или несколько меньше него; яровые культуры, накапливают сравнительно мало остатков, - 20-40 ц / га и меньше.

Среди них меньше органической массы оставляют пропашные - кукуруза, картофель и корнеплодные культуры, а также лен - 5-50% массы растений, которая отчуждается с урожаем.

Как показывают опыты, проведенные в основных почвенно-климатических зонах страны, зональные и почвенные условия существенно не влияют на накопление корневых и пожнивных остатков в корнеобитаемом слое почвы, их количество определяется биологическими особенностями культур и уровнем урожаев (табл. 14).

Растительные остатки содержат много элементов питания, которые используют следующие культуры севооборота. Поэтому учет их массы и наличия в них питательных веществ имеет важное значение для решения многих других важных теоретических и практических вопросов, таких как разработка систем удобрения, севооборотов и др.

В остатках бобовых культур преобладает корни, особенно многолетних трав. Так, доля корни эспарцета, клевера, вы-овса составляет 70% растительных остатков, гороха - 60, люпина - 40%. Аналогичное соотношение в некоторых пропашных культур - кукурузы и сахарной свеклы.

В подсолнечника и картофеля, наоборот, стеблевые и листовые остатки втрое преобладают массу корней. Поэтому приорювання ботвы картофеля, сахарной свеклы и стеблевых остатков подсолнечника улучшает баланс органических веществ почвы в специализированных пропашных севооборотах.

Таблица 14

Биомасса полевых культур, ц / га (Ф. И. Левин, 1977)

В зерновых культур (озимая пшеница, рожь, ячмень) пожнивные остатки составляют 60-70% общей массы растительных остатков.

Накопление растительных остатков в почвах обусловлено конкретным составом, размещением и соотношением культур в севообороте. Изменяя соотношение площади под различными культурами севооборота, можно в определенной степени регулировать поступление органического вещества в почву с растительными остатками. Непрерывное выращивание пропашных культур без внесения органических удобрений неизбежно приводит к уменьшению природных запасов почвенного гумуса, тогда как бессменная культура многолетних трав способствует накоплению органического вещества и восполняет недостаток растворимых минеральных соединений питательных элементов.

Несмотря на то, что растительные остатки составляют незначительную часть (10-15%) общего количества органического вещества почвы, им принадлежит важная роль в снабжении растений элементами питания. Они легче поддаются микробиологическом расписания сравнению с гумусом и по своему действию приближаются, а иногда и превышают органические удобрения. Однако влияние их на плодородие почвы и урожайность последующих культур зависит от химического состава, особенно от соотношения углерода и азота.

При разложении растительных остатков с широким соотношением С: N (более 20: 1) весь азот, содержащийся в них, используется микроорганизмами. Более того, при недостаточном количестве его в материале, который разлагается, бактерии потребляют азот минеральных соединений почвы. В процессе разложения органического вещества с узким соотношением С: N часть азота, при этом освобождается, также используется микроорганизмами, а другая часть остается для питания растений. По содержанию азота в растительных остатках культуры можно разместить в такой последовательности: многолетние бобовые травы <зерновые бобовые <корнеплодное <кукуруза <зерновые. Корневые и наземные остатки яровых зерновых несколько богаче азотом по сравнению с озимыми на (0,1-0,15%).

По данным Ф. И. Левина (1972), с растительными остатками различных культур в почву возвращается (от общего количества их в урожае) 27-60,5% азота, 18,5-51,7% фосфора, 16,7-48 , 1% калия, 27,6-54% кальция. По доле азота, остается в растительных остатках, культуры размещаются в такой ряд: многолетние бобовые травы <однолетние травы <зерновые <кукуруза <картофель.

Положительное влияние сельскохозяйственных культур на плодородие почвы определяется не только количеством, но и качеством растительных остатков, в частности содержанием азота. Остатки бобовых культур содержат этого элемента 2-2,5% и более, а остатки злаковых - лишь 0,5-1,5%.

В пересчете на 1 га посева с остатками многолетних трав, в частности клевера, в почве остается 90-200 кг азота, люпина - 70, озимых пшеницы и ржи - 55, а с остатками пропашных культур (кукурузы, картофеля) - только 20-40 кг .

Значительная часть азота, остается в почве с остатками бобовых культур, усваивается ими из воздуха, тогда как после злаковых культур в почву поступает с растительными остатками только азот, растения из него же и использовали.

Качественно корневые остатки биологически ценные, чем стеблевые, особенно многолетних бобовых трав.

Поступления с растительными остатками бобовых трав большого количества богатого азотом свежего органического материала обеспечивает повышение биологического потенциала почвы, усиливает в нем процессы преобразования органического вещества и формирование гумуса. Поэтому севооборота с 20% и более бобовых трав во многих случаях обеспечивают стабилизацию запасов гумуса в почве.

По данным В. И. Матвеевой (1977), размеры ежегодной минерализации гумуса в пахотном слое дерново-подзолистых почв составляют (т / га): под зерновыми и льном - 0,7-0,9; картофелем - 1,3-1,5; сахарной свеклой, кормовыми корнеплодами и овощными культурами - 1,5-1,7; кукурузой на силос - 1,2-1,3; однолетними травами на сено - 0,6-0,8 и силосными - 0,5-0,7. Ориентировочные параметры среднегодовых потерь гумуса на черноземах под пропашными 1,5-2,0 и в черном пару - 2,0-2,5 т / га.

Для расчета вновь гумуса из растительных остатков и навоза используют коэффициенты их гумификации. Они представляют собой долю углерода растительных остатков, что после их трансформации поступила в гумуса почвы. Коэффициенты гумификации растительных остатков в пахотном слое чернозема типичного составляют: для сахарной свеклы - 0,10, озимой пшеницы на зеленый корм и картофеля - 0,13, подсолнечника - 0,14, кукурузы на силос - 0,17, озимой пшеницы и кукурузы на зерно - 0,20, ячменя - 0,22, гороха - 0,23, люцерны - 0,25, навоза - 0,23 (Г. Я. Чесняк, 1985).

Соответствующим изменением состава культур севооборота, в частности применением многолетних трав, промежуточных и сидеральных культур, можно свести потери гумуса до минимальной величины. Однако применение исключительно минеральных удобрений даже при самом поступлении в почву растительных остатков не обеспечивает полной компенсации азота, образовавшегося при минерализации органического вещества почвы и вынесенного с хозяйственным урожаем. Если исключить повторное возвращение в почву части питательных веществ в форме навоза и других органических удобрений, то даже при интенсивном применении минеральных удобрений баланс азота и органического вещества почвы будет неизбежно отрицательным.

Внесение органических удобрений всех видов, структура посевных площадей в севообороте, которая учитывает воспроизведения гумуса, и все мероприятия, направленные на бережное отношение к почвенного гумуса и сокращение его непроизводительных потерь, - обязательные условия расширенного воспроизводства почвенного плодородия и постоянного повышения производительности почвы.

Расчеты показали, что для зоны Полесья в типичной 8 польном севообороте с 37% пропашных культур и одним полем клевера при внесении минеральных удобрений из расчета (ЖК) среднегодовая минерализация гумуса может достигать 1 т / га. Для пополнения такого количества гумуса растительных остатков даже при накопленные их до 4-5 т / га обычно не хватает. Вследствие гумификации растительных остатков пополнения гумуса в почве составит в лучшем случае лишь 0,6 т / га. Таким образом, около 0,4 т / га гумуса необходимо пополнять внесением органических удобрений. Чтобы пополнить это количество гумуса и повысить плодородие почвы, необходимо вносить на 1 га площади севооборота не менее 9-10 т органических удобрений. В севооборотах с большим насыщением пропашными культурами, особенно на легких песчаных и супесчаных почвах, а также учитывая потери в результате эрозии почвы, нормы внесения органических удобрений целесообразно увеличивать.

В зерно-пропашных севообороте (пропашных - 40%, зерновых - 50% при одном поле клевера) на черноземах Лесостепи, где среднегодовая минерализация гумуса на никак удобренной почве достигает 0,9 т / га, а ежегодное поступление растительных остатков не превышает 3 5 т / га, из которых может образоваться только 0,4-0,6 т / га гумуса, дефицит его составляет 0,4-0,5 т / га. Чтобы восстановить это количество гумуса, необходимо вносить 7-8 т / га навоза, а учитывая потери в результате эрозии, - до 12 т / га (В.Ф.Зубенко и др., 1985).

Результаты длительных исследований, проведенных лабораторией севооборотов Института земледелия УААН на черноземах, показывают, что при выращивании в севообороте 20% бобовых трав, по 20% озимой пшеницы и ячменя, по 20% сахарной свеклы и кукурузы на фоне внесения на 1 га пашни 6-7 т навоза в сочетании с умеренными (30-50 кг) дозами основных питательных веществ в почве создается уравновешенный или даже положительный баланс гумуса и питательных веществ, физико-химические свойства почвы находятся в оптимальном режиме. При таких условиях производительность севооборотов достаточно высока. Урожайность зерновых составляет 47-48 ц / га, сбор кормовых единиц достигает 90-100, переваримого протеина - 6-7 ц / га. Севооборот обеспечивает высокий выход органических остатков растений - 35-45 ц / га.

Опыты наглядно показывают, насколько важна роль в регулировании баланса гумуса принадлежит многолетним бобовым травам. Среди всех культур, которые выращивают в севооборотах, только они обеспечивают положительный баланс гумуса: при урожайности сена 50-70 ц / га среднегодовое накопления гумуса составляет 1 т / га. Именно поэтому среди контрольных севооборотов (без фона удобрений) севооборота с высоким содержанием бобовых трав (20-25%) и низким - пропашных культур (20-25%) положительно влияли на гумусное режим почвы: скорость разложения гумуса и величина его расходов здесь оказались наименьшими (0,20-0,25 т / га в год).

Последовательное увеличение в структуре севооборотов доли высокоинтенсивных пропашных культур (сахарной свеклы, кукурузы) при одновременном уменьшении или полном исключении бобовых трав приводит к увеличению минерализации гумуса и рост его дефицита до уровня 0,7-1 т / га в год. В такой ситуации гумусового баланса становится низкой производительность черноземов - урожайность озимой пшеницы составляет 25 ц / га, сахарной свеклы - 200-250, кукурузы - 15-25 ц / га. В таких севооборотах резко возрастают расходы на покрытие дефицита гумуса и азота в почве за счет удобрений. В частности, для обеспечения уровня производительности культур, соответствует севооборотам с бобовыми травами, здесь следует вносить на 1 га пашни не менее 10 т навоза в сочетании с высокими, на уровне 90-100 кг / га действующего вещества, нормами минеральных удобрений.

Таким образом, анализ исследовательских данных, сравнение их с данными гумусоутворення на участках лог показывает, что интенсивная система земледелия приводит к активным расходов потенциального запаса органического вещества черноземных почв.

Основой регулирования содержания органического вещества, гумуса, азота в почве является прежде всего соблюдение севооборотов с оптимальным соотношением зерновых и пропашных культур, наличием многолетних бобовых трав и внесением удобрений.

В случае если оптимальное соотношение культур в севооборотах нарушается и увеличивается доля культур, создают напряженный баланс гумуса и азота, основным фактором их стабилизации становится внесения удобрений, прежде всего органических.