2.7. Научные основы экологически сбалансированной ресурсосберегающей системы поверхностно-отвальной обработки почвы

Биологические аспекты оптимизации

основной обработки почвы

1. Распределение семян в пределах пахотного слоя

• Проведение обработок без оборота пласта (поверхностных) ведет к накоплению семян и вегетативных органов размножения в верхнем слое почвы, что обусловливает увеличение засоренности посевов;

• Ежегодная отвальная обработка обеспечивает перемешивание семян сорняков с почвенной массой и частично провоцирует к неравномерному прорастанию в посевах.

• Безотвальные обработки обеспечивают более эффективную борьбу с малолетними сорняками;

• Поведение же отвальной обработки после нескольких лет поверхностных (2-6 лет) обеспечивает заделку накопившихся семян и зачатков на дно борозды в свою очередь тоже на несколько лет (2-6), что позволяет более эффективно бороться (за это время большинство семян и вегетативных органов размножения теряют всхожесть) с засорением по сравнению даже с ежегодной вспашкой.

2. Не рекомендуется производить посев озимых культур после зерновых в годы с поверхностной обработкой почвы, поскольку оставшаяся в поле и заделанные в верхний слой (семенной) стерня и солома (на удобрение) могут негативно влиять на всхожесть и прорастание семян озимых (иммобилизация и токсические выделения при разложении соломы).

3. Поскольку в севообороте присутствуют культуры, которые в силу биологических особенностей по-разному отзывающиеся на глубину обработки, то отвальная обработка должна проводиться под наиболее отзывающиеся культуры (пропашные, озимая пшеница) либо после многолетних трав для лишения жизнеспособности дернины, а поверхностная под слабо или не отзывающиеся культуры;

4. Любое механическое вмешательство провоцирует минерализацию органического вещества почвы. В этой связи поиск оптимально-минимальной системы обработки почвы является на сегодня приоритетным.

Система поверхностно-отвальной обработки почвы способствует большему сохранению и накоплению гумуса почвы по сравнению не только с отвальной, но и с ежегодной поверхностной обработкой (заделка растительных остатков и соломы и трансформация их в почве).

Агрохимические аспекты оптимизации основной обработки почвы

1. При проведении постоянных поверхностных обработок происходит дифференциация

пахотного горизонта по агрохимическим свойствам (особенно по содержанию фосфора и калия).

2. Проведение же отвальной обработки после нескольких (3-6) лет безотвальных, например, под пропашные культуры (особенно свекла) ведет к формированию обратно-гетерогенного пахотного слоя, что благоприятно сказывается на росте и развитии культуры.

Проведение ежегодных поверхностных обработок со временем ведет к увеличению засоренности посевов, поэтому вносимые удобрения большей частью достаются не культуре, а сорнякам, которые выносят из почвы с отчуждаемой массой элементы питания (т.е. падает эффективность удобрений). Для устранения негативной ситуации необходимо проведение отвальной обработки 1 раз в 3-6 лет.

Применение системы поверхностно-отвальной обработки создает условия для сохранения и накопления почве органического вещества и элементов питания, а также стимулирует их более эффективное использование для создания урожая.

Агрофизические аспекты оптимизации основной обработки почвы

1. Обработка почвы только в том случае будет способствовать сохранению (образованию) структуры, если будет осуществляться при оптимальной влажности (физической спелости) почвы.

2. В зависимости от требования культуры к плотности почвы в севообороте необходимо чередовать применение отвальных и поверхностных обработок;

3. В производственных условиях практически невозможно проведение обработки при оптимальной влажности (погодно-временные условия, разная влажность по элементам склона; разная степень увлажнения пахотных слоев, организационные условия и т.д.).

Экономические аспекты оптимизации основной обработки почвы

1. При применении системы поверхностно-отвальной обработки почвы повышается эффективность применяемых удобрений и средств защиты растений.

2. Применение системы поверхностно-отвальной обработки почвы позволяет сократить пики напряженности в работе в системе основной обработки почвы и оптимизировать сроки ее проведения;

3. Позволяет снизить затраты на послеуборочную доработку полученной продукции;

4. Отказ от ежегодной вспашки в системе основной обработки, и проведение ее 1 раз в 4 года, способствует сокращению затрат совокупной энергии в 2,5 раза.

2.8. Техногенное и антропогенное загр-е почв т.Ме. Почва подвержена воздействию загрязнителей, поступающих из атмосферы, с поверхностным стоком, из подпочвенных пород и подземных вод. Особенно это касается гумусного горизонта почв. В почву металлы могут попадать различными путями: из атмосферы в виде грубодисперсных аэрозолей, входящих в состав выбросов промышленных предприятий (или выхлопных газов автомобилей), а также с дождем и снегом. Тяжелые металлы прочно сорбируются и взаимодействуют с почвенным гумусом, образуя труднорастворимые соединения. Таким образом идет их накопление в почве. Наряду с этим в почве под воздействием различных факторов происходит постоянная миграция попадающих в нее веществ и перенос их на большие расстояния. Предприятия цветной металлургии могут быть источниками загрязнения почв Cd, Pb, Ni, Zn, Hg, Си, Fc, Mo и Sn. Выбросы предприятий черной металлургии загрязняют почву Ni, Mn, Сг, Cd, Со, Си, Mo, Pb, Sn и Zn. В атмосферных выпадениях вокруг алюминиевых заводов, кроме фтора, обнаруживается значительное содержание алюминия и щелочных металлов, особенно натрия, а также тяжелых металлов - свинца, марганца, меди и цинка. Современная индустриальная деятельность сопровождается выбрасыванием в биосферу побочных продуктов. В форме твердых отходов промышленности поступает ежегодно 20—30 млрд. т раз­личных веществ, из них 50% — органических. С твердыми отходами на поверхность почв поступают за­грязнители окружающей среды. Среди них наиболее опасными считают ртуть, свинец, кадмий, мышьяк, селен и фтор. Загрязнение почв тяжелыми металлами имеет разные источники, но преимуще­ственное загрязнение ими происходит при сжигании ископаемого топлива: угля, нефти, горючих сланцев. К настоящему времени до­быто и использовано более 130 млрд. т угля и 40 млрд. т нефти. Следовательно, с золой поступили на поверхность почв миллионы тонн металлов, значительная часть которых аккумулирована в верхних горизонтах. Антропогенная деятельность на порядок уве­личила поступление свинца и кадмия. Тяжелые металлы посту­пают в почву также с удобрениями и пестицидами. Большинство соединений тяжелых металлов аккумулируются в подстилке и гу­мусовом горизонте. Тяжелые металлы опасны тем, что они обладают способностью накапливаться в живых организмах, включаться в метаболический цикл, образовывать высокотоксичные металлорганические соединения (например, метил-ртуть, алкил свинца), изменять формы нахождения при переходе от одной природной среды в другую, не подвергаясь биологическому разложению. Тяжелые металлы, попадая в орг-зм человека, вызывают серьезные физиологические нарушения, токсикоз, аллергию, онкологические заболевания, отрицательно влияют на зародыш и генетическую наследственность.

2.9. Круговорот азота в земледелии. Потери его в ОС и послед-я проц. Минеральные соединения азота не накапливаются в почве в больших количествах, так как потребляются растениями, а также используются микроорганизмами и частично снова превращаются в органическую форму. Азотные удобрения усиливают минерализацию почвенного органического вещества и значительно увеличивают усвоение растениями азота из почвы. Превращение азота в органическую форму резко возрастает при запашке в почву органического вещества с низким содержанием азота (пожнивные растительные остатки, солома злаковых и соломистый навоз). Закрепившийся азот медленно минерализуется и слабо усваивается растениями, поэтому последействие азотных удобрений незначительно. Следовательно, одновременно с минерализацией органического вещества в почве происходит закрепление минеральных соединений азота вновь в органическую форму. Но при этом азот не теряется, а лишь временно переходит в недоступные растениям соединения. Соотношение процессов минерализации и новообразования органических азотосодержащих веществ имеет важное значение в азотном режиме почв. Для закрепления нитратного азота в почве особое значение имеет биологическое поглощение. Нитраты легко передвигаются в почве и могут вымываться из корнеобитаемого слоя осадками и дренажными водами. Потери азота почвы и удобрений в основном происходят вследствие денитрификации — процесса восстановления нитратного азота до свободного молекулярного азота (N₂) или до газообразных окиси и закиси азота (NO и N₂ O). Биологическая денитрификация осуществляется группой денитрифицирующих бактерий и особенно интенсивно идет в анаэробных условиях и щелочной реакции почвы при наличии богатого клетчаткой органического вещества. Косвенная, или «хемоденитрификация» связана с образованием газообразных окислов азота и молекулярного азота при химическом взаимодействии промежуточных продуктов нитрификации (нитритов и гидроксиламина) с NH₄⁺ аминокислотами и с органическим веществом почвы, а также в результате разложения азотистой кислоты (особенно при кислой реакции) до N0. Потери азота при денитрификации нитратов, образующихся при нитрификации аммиачного азота почвы и вносимых аммиачных азотных удобрений и мочевины, а также из нитратных азотных удобрений, весьма существенны. Следовательно, в круговороте азота в земледелии процессы нитрификации наряду с положительной играют и отрицательную роль, так как образующиеся нитраты могут вымываться и теряться из почвы в виде газообразных продуктов при денитрификации. Азот, усвоенный растениями, лишь частично снова возвращается в почву с навозом, та же часть азота, которая содержится в товарной продукции (зерно, волокно льна, клубни картофеля и т. д.), отчуждается из хозяйства. Единственным естественным источником пополнения запасов азота в почве является азот атмосферы. Связывание молекулярного азота воздуха и пополнение запасов азота в почве происходит двумя путями. Небольшое количество связанного азота (до 3—5 кг на 1 га) образуется в атмосфере под действием грозовых разрядов и в виде азотистой и азотной кислоты поступает в почву с осадками. Большее значение для питания растений имеет фиксация азота воздуха азотфиксирующими микроорганизмами, свободно живущими в почве (азотобактер, клост-ридиум и др.), и клубеньковыми бактериями, живущими в симбиозе с бобовыми растениями (биологический синтез азота). Следовательно, суммарное поступление азота за счет указанных выше источников далеко не компенсирует выноса азота урожаями сельскохозяйственных культур и потерь его из почвы в результате вымывания и денитри-фикации. Поэтому для получения высоких урожаев всех сельскохозяйственных культур и повышения качества урожая громадное значение имеет внесение в почву минеральных азотных удобрений. При нарушении технологии применения азот. уд. они могут оказать существенное негативное воздействие на биосферу – почву, воду, атмосферу, растения, а через них – на животных и человека. Потери азота из удобрений бывают довольно значительными. Он усваивается в полевых условиях примерно на 40%, в отдельных случаях – на 50-70, иммобилизуется в почве на 20-30%. Большая его доля включается в состав гумусовых веществ, устойчивых к гидролизу. Потери азота за счет улетучивания различных газообразных соединений составляют в среднем 15-25% от  внесенного, а потери от вымывания зависят от свойств почвы, климата, водного режима, формы и дозы удобрения, вида культуры и т.д. В Нечерноземной зоне в среднем вымывается 10-15 кг/га нитратного азота, на супесчаных почвах – 20-25 кг/га,. а на суглинистых – до 10 кг/га. В годы с нормальным увлажнением эти показатели снижаются примерно вдвое. Накопление соединений азота в природных водоемах вызывает усиленный рост водной растительности, зарастание водоемов и загрязнение их мертвыми растительными остатками и продуктами разложения. Кроме того, аномально высокое содержание растворимых соединений азота в почве влечет за собой повышение концентрации этого элемента в сельскохозяйственных продуктах питания и питьевой воде. Это может вызвать серьезные заболевания людей.

2.10. Действие избыточного кол-ва т.Ме на рост и развитие раст., кач-во прод. Тяжелые металлы (Cu, Ni, Со, Pb, Sn, Zn, Cd, Bi, Sb, Hg) относятся к микроэлементам. То есть химическим элементам, присутствующим в организмах в низких концентрациях (обычно тысячные доли процента и ниже). Тяжелые металлы, как известно, в малых количествах являются постоянной, необходимой составной частью как растений, так и других живых организмов. Но накопление тяжелых металлов в больших количествах может привести к существенному изменению состояния растения , Например, к снижению биопродуктивности, к увяданию надземной части растения, повреждению его корневой системы или к изменению водного баланса и т д. Причиной накопления большого количества металлов является загрязнения окружающей среды. В результате загрязнений в почве накапливаются соединения тяжелых металлов, которые, при частичном переходе в растворимую форму, поступают в корневую систему растений. Токсическому действию высоких концентраций тяжелых металлов подвержены многие физиологические и биохимические процессы, такие как минеральное питание, водный режим, фотосинтез, дыхание, рост, развитие и другие. Одним из основных механизмов токсического действия ТМ на растения является их способность замещать ионы других металлов и взаимодействовать с функциональными группами макромолекул. Негативное воздействие ТМ на живой организм также опосредовано повреждающим действием активных форм кислорода (АФК), генерация которых стимулируется ТМ. Действие ТМ носит плейотропный характер и приводит к нарушению многих физиологических процессов в клетке. Известно, что тяжелые металлы негативно влияют также на функционирование хлоропластов. Токсическое действие на фотосинтетические процессы ТМ оказывают не только за счет нарушения водного статуса и газообмена, но и путем инактивации ключевых ферментов метаболических путей и белков тилакоидных мембран, снижения содержания пигментов. ТМ (Cd, Ni п Си) в избыточных концентрациях (от 100 мкМ и выше) оказывают токсическое действие на прорастание семян, рост и накопление биомассы молодых растений ячменя. ТМ сильнее ингибируют рост корней, чем рост надземной части. Накопление свежей биомассы ингибируется ТМ сильнее, чем сухой. Наиболее сильное ингибирование накопления биомассы вызывает обработка хлоридом кадмия, в то время как ионы никеля менее токсичны для роста и развития растений. Например, никель и его соединения обладают высокой токсичностью. Особенно вредны летучие соединения никеля. Растения в районе никелевых месторождений могут накапливать в себе значительные количества никеля. Повышенное содержание никеля в почвах (например в Южном Урале) приводит в эндемическим заболеваниям: в особенности у растений появляются уродливые формы. Типичные симптомы повреждающего токсического действия никеля: хлороз, появление желтого окрашивания с последующим некрозом, остановка роста корней и появления молодых побегов или ростков, деформация частей растения, необычная пятнистость, в некоторых случаях - гибель всего растения. Свинец и его соединения, особенно органические, весьма токсичны. Токсическое действие свинца связано с тем, что он образует связи с большим числом анионов. Соединения свинца влияют на синтез белка, (нарушает синтез гемоглобина) энергетический баланс клетки (дыхание) и ее генетический аппарат (вызывает мутации).Установлено, что свинец – один из элементов, присутствие которых в продуктах питания влияет на развитие кариеса. Свинец снижает урожайность растений, подавляет процесс фотосинтеза, препятствует поступлению некоторых микроэлементов в организм. Внешние признаки: появление тёмно-зелёных листьев, скручивание старых листьев, чахлая листва.