Земледелие – раздел агрономии, который изучает общие приёмы возделывания сельскохозяйственных растений, способы рационального использования земли и повышения плодородия почв путем применения севооборотов, повышенных доз высококачественных органических удобрений, а также агротехнических и биологических способов борьбы с сорняками, вредителями и болезнями. Система земледелия должна отвечать экономической безопасности и надежному обеспечению растущего спроса на сельскохозяйственную продукцию.
Система земледелия — комплекс взаимосвязанных организационно- хозяйственных, агротехнических, мелиоративных мероприятий, направленных на рациональное использование, восстановление и повышение почвенного плодородия для получения максимально возможного количества продукции растениеводства с единицы площади сельскохозяйственных угодий.
Низкому уровню развития производительных сил соответствовали примитивные системы земледелия, при которых природное плодородие почв использовалось без мероприятий по его повышению. На ранних этапах развития земледелия использовались только природные процессы восстановления плодородия (перелог, залежь и др.). В интенсивном земледелии основные способами повышения почвенного плодородия стали: применение органических и минеральных удобрений, мелиорации (орошение, осушение, агролесомелиорация, химические мелиорации), применение новой техники, химических и биологических средств защиты растений, внедрение травосеяния и использование сидератов
Почва является природным телом, по своему состоянию рыхлым и динамичным. Почва сформировалась в результате естественных процессов, которые протекали в поверхностных горизонтах земной коры. Почва обладает плодородием и характеризуется уникальностью свойств, как живых организмов, так и неживых компонентов, представленных почвообразующими породами. Почва входит в состав биосферы Земли, в почве накапливаются биологически важные минеральные элементы, в почве происходит аккумуляция лучистой энергии Солнца в форме гумуса, представляющего собой органическое вещество. Почва активно участвует в круговороте веществ и энергии в природе. В почве удерживаются вода, воздух и тепло. Благодаря этим процессам формируется и развивается плодородие почвы. Почва, таким образом, становится природной средой обитания для растительных и животных организмов.
Минеральная часть почвы. Почва и почвообразующие породы состоят из частиц различных размеров, образовавшихся при выветривании горных пород. Кроме преобладающей минеральной части в почве содержится некоторое количество органических и органо-минеральных частиц, образующихся в результате биологических процессов или взаимодействия минеральных и органических компонентов.
Отдельные частицы (гранулы) называются механическими элементами. Близкие по размерам механические элементы объединяются в группы фракций. Соотношение частиц различной крупности, выраженное в процентах, называется гранулометрическим (механическим) составом почвы. При гранулометрическом анализе вначале отделяют на сите частицы крупнее 1 мм, относящиеся к каменистой части (скелету почвы).
Преобладание в составе почвы той или иной фракции определяет ее свойства. Песчаные фракции имеют высокую водопроницаемость и не обладают способностью удерживать влагу. По мере уменьшения размеров песчаных гранул заметно возрастает водоудерживающая способность и увеличивается высота подъема воды по капиллярам. При увлажнении песок не набухает, при сминании рассыпается (не обладает пластичностью и липкостью).
Пылеватые фракции медленно впитывают влагу, хорошо ее удерживают, при увлажнении незначительно набухают. Пластичность и липкость у них слабо выражены. Молекулярная влагоемкость, набухание, пластичность резко возрастают у частиц размером менее 0,01 мм.
Химический и минералогический составы почвы также зависят от размеров фракций. В песчаных и пылеватых фракциях преобладают первичные материалы (кварц, ортоклаз, микроклии, альбит), а также инертные соединения кремнекислоты. Илистая фракция в основном состоит из вторичных минералов с высокой степенью дисперсности (монтмориллонит). Кроме того, в состав илистой фракции входят органические коллоиды (гумус), поэтому она является самой плодородной частью почвы с высокой поглотительной способностью.
В основу классификации почв по гранулометрическому составу положено содержание в них физической глины и физического песка. Физической глиной называются частицы размером меньше 0,01 мм, а физическим песком – частицы размером больше 0,01. В зависимости от конкретного содержания этих частиц выделяются разные составы почв. По соотношению физической глины и физического песка составлена классификация почв:
Влияние гранулометрического состава проявляется в том, что песчаные, супесчаные, суглинистые и глинистые почвы имеют различные типы режимов: водный, воздушный, тепловой и питательный. Гранулометрический состав почвы влияет на агротехнику. Знание гранулометрического состава почв позволяет определить оптимальные сроки сельскохозяйственных работ, дозы и сроки внесения удобрений и весь комплекс работ по наиболее рациональному использованию и охране почв. Гранулометрический состав почв определяют полевыми и лабораторными методами.
Формирование органической части почвы. Органическое вещество – важнейшая составная часть почвы, определяющая ее плодородие. Основной источник накопления гумуса в почвах – зеленые растения, оставляющие в почве и на ее поверхности большое количество органического вещества. Характер растительности определяет количество поступающей в почву органической массы.
В лесных почвах основным источником образования гумуса является наземный опад, образующий лесную подстилку. Количество подстилки в лесах различно и зависит от географической зоны, плодородного состава, возраста и густоты насаждений, а также от степени развития травянистого покрова.
Корни древесной растительности образуют значительную массу органического вещества в почве, но они многолетние, поэтому доля их участия в образовании гумуса невелика. Под травянистой растительностью находится основной источник образования гумуса – мелкие корни, масса которых в метровом слое составляет в зоне степей 8–28, в зоне пустыни 3–12 т/га.
В профиле различных почв корни распределяются неодинаково. В подзолистых почвах лесолуговой зоны главная масса корней сосредоточена в верхней части профиля, в почвах лесостепной, степной и пустынно- степной зон корни распределены по профилю равномерно.
Химический состав органических веществ, поступающих в почву, очень разнообразен. Большая часть их массы – вода (75–90 %). В состав сухого вещества входят углеводы, белки, жиры, воски, смолы, липиды, дубильные вещества и многие другие соединения. Подавляющее большинство этих соединений – высокомолекулярные вещества (белки, полисахариды).
Количественное соотношение соединений в почвах весьма различно и всецело зависит от характера населяющих почву организмов.
Гумусообразование. Гумус (перегной) – сложный комплекс азотсодержащих органических веществ, все составные части которого находятся в тесном взаимодействии друг с другом и с минеральной частью почвы.
В состав гумуса входят:
• гумусовые (перегнойные) вещества, составляющие 85–90 % массы гумуса и определяющие свойства гумуса в целом;
• вещества исходных органических остатков – белки, углеводы, лигнин, воски, смолы и др.;
• промежуточные продукты превращения органических остатков – аминокислоты, моносахариды, фенолы и др.
Вещества исходных органических остатков и промежуточные продукты их превращения составляют 10–15 % массы гумуса.
Гумусовые (перегнойные) вещества – это азотсодержащие специфические соединения, состоящие в свою очередь из гуминовых кислот и фульвокислот.
Гуминовые кислоты (ГК) – это соединения с высокой молекулярной массой, содержащие азот и активно взаимодействующие с минеральной частью почвы. Они легко извлекаются из почвы растворами щелочей, но плохо растворяются в воде и совсем не растворяются в кислотах, раствор этих кислот имеет бурый или черный цвет; состоят из углевода (52–62 %), водорода (2,6–5,8 %), кислорода (31–39 %) и азота (1,7–5 %).
Препараты ГК содержат зольные элементы – P, S, Al, Fe и др. Кислотная природа этих соединений обусловлена наличием ряда кислых функциональных групп – карбоксильных (СООН) и фенолгидроксильных (ОН).
При взаимодействии с минеральной частью почвы ГК образуют гуматы. Гуматы двух- и трехвалентных катионов (кальция, магния, железа алюминия) нерастворимы в воде и образуют коллоидные осадки – гели. Гуматы же одновалентных катионов (калия, натрия, аммония) растворимы в воде и находятся в форме коллоидного раствора – золя.
В почвах большая часть ГК находится в форме геля, меньшая – в подвижной коллоидной форме и незначительная – в виде истинных молекулярных растворов. ГК обладают большой обменной поглотительной способностью (250–500 мг-экв на 100 г гуминовой кислоты).
Фульвокислоты (ФК) – группа высокомолекулярных азотсодержащих соединений, хорошо растворимых в воде, кислотах и щелочах. Раствор ФК в зависимости от концентрации имеет цвет от соломенного до бурого. ФК состоят из тех же элементов что и ГК, но содержат меньше углевода и больше кислорода. При взаимодействии с минеральной частью почвы образуют фульваты. ФК имеют резко выраженную кислую реакцию, рН 2,6–2,8, активно действуют на минеральную часть почвы, растворяя многие минералы, вызывают оподзоливание.
Наиболее благоприятны гуматный и гуматно-фульфатный типы гумуса, так как в таких почвах содержится ФК.
Гумусовые вещества и промежуточные продукты превращения органических остатков активно участвуют в выветривании горных пород и минералов, разрушая кристаллическую решетку последних и способствуя этим переходу элементов зольного питания в доступную растениям форму. При промывном типе водного режима под воздействием ФК развивается подзолообразовательный процесс, сопровождающийся глубоким разрушением алюмосиликатной части почвы.
Гумус и его производные, накапливаясь в зоне образования, формируют гумусово-аккумулятивный горизонт, а при участии низкомолекулярных органических кислот в процессе подзолообразования формируют элю- виальный горизонт, содержащий основные элементы питания растений (N, K, P, S, Ca и др.). При разложении гумуса микроорганизмами эти элементы переходят в доступные растениям формы и усваиваются ими. Гумус, таким образом – носитель и источник элементов питания для растений.
Гумус склеивает и цементирует механические элементы почвы, формирует водопрочную структуру, косвенно влияет на водно-воздушный режим почв. В процессе синтеза гумуса или его разрушения образуется значительное количество углекислого газа, необходимого зеленым растениям для фотосинтеза. Водорастворимые формы гумуса в незначительном количестве непосредственно усваиваются растениями, стимулируя их рост и развитие.
Гумус поглощает попадающие в почву токсические вещества и тяжелые металлы, препятствует их вымыванию в грунтовые воды, выполняя тем самым санитарно-гигиеническую роль.