О почве много говорят и спорят экологи и почвоведы. Для тех, кто ежедневно работает с землей, почва – это живой организм, в котором отражаются миллионы лет эволюции и… вчерашние решения агронома.
Представляем взгляд на почву специалиста – Елены Александровны Соколовой, кандидата биологических наук, эксперта по фитопатологии, агрономии и здоровью почв. Ее многолетний опыт работы с реальными хозяйствами позволяет рассматривать почву как сложную живую систему, в которой переплетаются биологические, химические и агротехнические факторы. Материал объединяет современные научные представления о здоровье почв и практику управления фитосанитарным состоянием полей.
Агрономическое здоровье почв – молодое развивающееся понятие
Направление агрономии тесно связано с почвой, которую изучают в почвоведении, агрохимии, земледелии, почвенной микробиологии, фитопатологии и гельминтологии, что позволяет говорить о почве как об экосистеме. Почву рассматривают с позиции хозяйственного значения – влияния ее состояния на урожайность и качество растениеводческой продукции в разных условиях и ситуациях.
Здоровые почвы обладают характерными зональными признаками (составом, свойствами, функциональными связями), приобретенными в результате естественного почвообразовательного процесса. На них формируется здоровый урожай. Плодородие и здоровье – два взаимодополняющих признака.
Больные почвы в результате природной или антропогенной нагрузки приобретают негативные признаки, не свойственные для естественных зональных почв. Негативные признаки – любые показатели состава и свойств почвы, которые обусловливают снижение количества и качества растениеводческой продукции и отрицательно влияют на здоровье человека и животных.
Поскольку аграрное производство связано с экономикой, то первый аргумент для привлечения внимания агробизнеса – это здоровье почв. В тех регионах, где применяются лучшие практики управления здоровьем почв, вариабельность урожайности зерновых по благоприятным и неблагоприятным годам составляет 10%, а без практик – 25-70%. Какой же это агробизнес, если специалисты хозяйств не могут планировать и программировать урожай, который так сильно зависит от погоды?
Если почва больна, то негативное влияние на урожай в разной мере проявляется как в засушливые, так и в благоприятные годы (табл. 1).
Таблица 1. Экономическая (хозяйственная) значимость проблем со здоровьем почв в вероятных климатических условиях
Здоровыми являются залежные почвы, которые в меньшей мере подвержены антропогенному воздействию. Это своего рода локальный эталон со своей биотой и структурой строения.
Методы диагностики здоровья почв
По мнению современных специалистов, применить к почвам методологию оптимальных показателей, которые их характеризуют, можно только в ограниченных ситуациях. Конечно, есть оптимумы, которые определяются потребностью возделываемых культур или микробиоты почвы. Но в целом стандартом здоровья почвы является рядом находящаяся эталонная залежь, на которой не велась хозяйственная деятельность.
Чтобы представлять, что произошло с данной почвой конкретной климатической зоны на определенной материнской породе, нужно обязательно анализировать поле и прилегающую к нему залежь. Эту методологию подтверждают почвенные биологи, агрохимики и почвоведы. Сравнивая почву рядом расположенного поля и залежи, сразу увидим различие в агрегатном состоянии, что свидетельствует об изменениях в почвенно-поглощающем комплексе и химическом составе. От агрегатного состояния почвы зависят дальнейшие методы ее ремедиации (комплекс мер восстановления).
Какими хозяйственно-полезными функциями, обеспечивающимися ее физическими, химическими и физико-химическими процессами, обладает почва? Это также элемент дискуссии.
Буферность – способность почвы противостоять внешним воздействиям: внесению удобрений и химических мелиорантов, действию кислотных дождей и химических загрязнителей.
Гумификация – процесс образования специфических гумусовых веществ (гуминовых кислот, фульвокислот, гуминов) в результате трансформации органических остатков в верхних слоях почвы.
Дыхание почв – суммарное выделение почвой СО2, ритмичный газообмен между почвой и атмосферой, происходящий в результате расширения и сжатия почвы в связи с суточной и годовой ритмикой температур и при изменении атмосферного давления.
Разуплотнение – снижение плотности, твердости и увеличение общей пористости почвы.
Структурообразование – формирование в почве механически прочных и водопрочных мезоагрегатов – почвенной структуры среднего размера, которая образуется из более мелких частиц (глины, ила, песка) и органического вещества. Мезоагрегаты имеют размер 0,25-10 мм и служат основой для построения более крупных макроагрегатов, которые все вместе улучшают структуру почвы, аэрацию и удержание влаги.
Хозяйственно полезные функции для возделываемых культур обеспечивает обитающая в почве биота (грибы, бактерии, водоросли, дождевые черви и др.). Микроорганизмы и дождевые черви занимаются гумификацией и минерализацией целлюлозы, деструкцией пестицидов, обеспечивают дыхание почвы. Специфическая микробиота (ризобии, фосфат- и калийсолюбилизирующие бактерии) повышает биодоступность питательных элементов, выделяет физиологически активные вещества (биостимуляторы), помогающие растениям переносить различные виды стрессов.
Супрессивность – свойство здоровой почвы подавлять патогены. Ее обеспечивают сапрофитный гриб триходерма и бактерии рода Bacillus, вступающие в противодействие с возбудителями болезней (фузариоз, альтернариоз, поражение нематодами). Микологический анализ почвы позволяет провести учет патогенной микробиоты и видов, определяющих ее супрессивность. Это дает возможность оценить качество почвы и способность к самоочищению от фитопатогенов, обосновать мероприятия по оздоровлению.
В реальности экологические функции почвенной биоты гораздо шире, но в настоящее время, как правило, рассматривают вышеуказанные, так как их можно идентифицировать и регулировать, понимая, как они влияют на урожай.
Для фитопатологии важно запустить процессы гумификации и минерализации растительных остатков, на которых находятся возбудители болезней. Для агрохимиков важно высвобождение запасов питательных веществ из органического вещества с целью дальнейшей доступности для питания растений. Деструкция почвенной биотой почвенных пестицидов (имидазолиноны, атразины, сульфонилмочевина) и снижение их последействия на определенные культуры севооборота пока недооценена. Таким образом комплексно контролируется фитосанитарная ситуация.
Диагностика здоровья почвы также требует консолидации знаний по агрохимии (сколько и в какой форме должно присутствовать элементов питания в почве), почвоведению, защите растений и микробиологии.
Сценарии деградации почв и методы восстановления
Изменение цвета почвы с темного на более светлый связано с потерей лабильного органического вещества (его качества и количества) – самой подвижной и легкодоступной для микроорганизмов и растений части органического вещества, которая находится на стадии активного разложения. Это в основном недавно внесенные растительные остатки (солома, сидераты), свежий гумус и легкоразлагаемые соединения, которые служат источником питания и энергии для почвенной биоты, напрямую влияют на плодородие и круговорот элементов в почве.
Чтобы понять, почему нарушился процесс образования в почве лабильного органического вещества, необходимо провести микробиологический и химический анализ.
Почему теряется структура почвы и образуется плужная подошва? Выясняется, что движение по полю машин и агрегатов является причиной уплотнения почвы только на 10%, а основной фактор – отсутствие в ней органического вещества, которое создает условия для поддержания агрономически ценного агрегатного состояния (1-10 мм) ее поверхности. Еще одна причина – потеря и вынос кальция из пахотного слоя. Корни растений способны пробивать плотность почвы только до 1,35 г/см3.
Плотность сложения почв варьирует в зависимости от типа (песчаные, суглинистые) и обработки. Средняя плотность пахотных слоев дерново-подзолистых почв составляет 1,0-1,3 г/см³. Уплотненные слои супеси и песка могут достигать 1,4-1,6 г/см³, а плотность более тяжелых суглинков – 1,3-1,4 г/см³.
Нарушение работы микробиоты в почве обусловливает большое количество неразложившихся растительных остатков в зоне 10-15 см и исходящий от поля запах. Косвенными признаками неблагополучия в почве (уплотнения) служит изменение архитектоники корневой системы растений, что отрицательно сказывается на урожае при наступлении засухи.
Благодаря современной технологии дистанционного наблюдения за полями со спутника можно обнаружить деградацию по зонам плодородия поля с помощью оценки состояния растений по индексу вегетации (NDVI). Он показывает нехватку азота, гумуса или эрозию через анализ спектральных отражений в сравнении с эталонными показателями. Это позволяет быстро обследовать большие территории, определять границы неблагоприятных зон и планировать на них мероприятия.
Методология восстановления показывает связь между видимыми проблемами и происходящими в почве фундаментальными изменениями, которые влияют на уровень и качество урожая. Методы восстановления определяются этиологией – причиной проблемы. Например, возможны следующие причины потери агрономически ценной структуры почвы:
- нарушение процесса формирования лабильного органического вещества;
- снижение содержания в почве структурообразователя – кальция;
- уплотняющее действие машинно-тракторных агрегатов;
- слитизация (уплотнение и разрушение структуры под влиянием орошения или избыточного увлажнения).
Для решения этих проблем предпринимаются следующие действия:
- механическое разуплотнение почвы;
- агрохимический анализ почвы на степень кислотности и содержание обменных форм кальция и магния;
- решение выявленной при агрохимическом анализе проблемы (внесение мелиоранта).
«Почва-память» и «почва-момент»: прошлое против настоящего
Понятия «почва-память» и «почва-момент» широко используются в почвоведении, но мало понятны агрономам.
«Почва-память» – совокупность устойчивых и консервативных свойств почвенного профиля, являющихся интегральным результатом действия факторов и почвенных процессов в течение всего периода почвообразования (до момента наблюдения). «Почва-память» отражает длительно действующую комбинацию факторов и процессов почвообразования.
«Почва-момент» – совокупность динамических лабильных свойств, являющихся результатом факторов и процессов в момент наблюдения (2-10 лет). Эти свойства характеризуются короткими временами. Изучая «почву-момент», мы получаем информацию о сегодняшнем взаимодействии факторов и процессах.
Факторы, потенциально влияющие на физические, физико-химические, химические и биологические параметры почвы, представлены в таблице 2.
Таблица 2. Влияние «почва-память» и «почва-момент» на параметры почвы, %
Как видим, гранулометрический состав почвы менее всего подвержен изменению в процессе почвообразования и использования. Равновесная плотность почвы – естественное, стабильное состояние плотности, к которому почва стремится в условиях длительного отсутствия обработки. Данный показатель отражает ее уплотненное состояние, которое формируется под воздействием природных факторов (осадки, собственный вес, жизнь микроорганизмов). Равновесная плотность изменчива, является важным индикатором для оценки состояния агрофизических свойств, водо- и воздухопроницаемости, а также условий для роста корней растений.
Исходная кислотность почвы – состояние, которое временно можно улучшать внесением известковых мелиорантов, которые также повышают степень насыщенности почвы основаниями и соответственно улучшают структуру.
В краткосрочном периоде «почва-момент» важно влияние на химические показатели почвы – содержание лабильного органического вещества и доступные для растений формы элементов питания. Биология «почва-момент» – это реально контролируемый агрономом показатель.
Ошибки, которые совершают аграрии, стремясь к повышению плодородия почвы
По мнению Елены Александровны, это переход на минимальные технологии обработки почвы без учета генетически обусловленной ее плотности (гранулометрического состава), климатических условий места деятельности, а также обменной кислотности почвы (рН). Если равновесная плотность почвы больше 1,25-1,3 г/м3 (глины и суглинки), то для большинства культур, возделываемых по «минималке», необходимо проводить глубокое безотвальное рыхление.
«Минималка» подходит для почв с равновесной плотностью 1,1 г/см3. Поэтому перед переходом на данную технологию необходимо сделать анализ на кислотность и по факту уровня рН провести мелиоративное известкование и выравнивание поверхности почвы. Иначе попытка перехода не будет успешной.
Первый агрономический признак начала деградации почвы – падение агрегатного состояния (отсутствие агрегатов размером 1-10 мм). Определить динамику плотности почвы можно перед посевом культуры и непосредственно перед ее уборкой. Если за время вегетации почва уплотнилась более чем на 0,05 г/см3 (порог уплотнения), то она не удерживает оптимальную плотность, и это сказывается на урожайности.
Определить степень деградации можно, сделав лабораторный анализ на коэффициент структурности почвы, который определяет долю водопрочных агрегатов. Высокий коэффициент структурности почвы (более 2-3) указывает на отличное агрегатное состояние (зернистая, комковатая структура), что важно для плодородия. Низкий коэффициент говорит о необходимости повышения поступления органического вещества.
Экспресс-оценку агрегатного состояния можно провести в полевых условиях: подбросить ком земли: хорошая почва рассыпается на комочки, а плохая падает целым «блином» (глинистая) или рассыпается на мелкие частицы (песок).
И в заключение. Почва является сложной живой системы, чье здоровье напрямую определяет стабильность и продуктивность сельского хозяйства. Диагностика её состояния требует комплексного подхода, основанного на сравнении с естественным эталоном и оценке динамических свойств («почва-момент»). Эффективное восстановление деградированных почв возможно только при точном выявлении причин проблем и применении целевых мер, учитывающих как генетические особенности, так и последствия агротехнических решений.
Галина САФРОНОВСКАЯ, кандидат с.-х. наук, «ГлавАгроном»