Pochvovedenie_Kovda_chast1

ствами природных почв, формирующимися в процессе их разви­ тия и эволюции под влиянием природных факторов почвообразо­ вания.

Эффективное, или искусственное, плодородие свойственно па­ хотным почвам, используемым в сельскохозяйственном производ­ стве, и проявляется в виде их способности поддерживать тот или иной уровень урожая культурных растений. Оно зависит от уров­ ня развития науки и техники, от возможности наиболее полно использовать природное плодородие почвы для получения уро­ жая культур.

Понятие экономического плодородия связано с разной оцен­ кой участков почв в зависимости от их расположения, удален­ ности и удобства использования. Почвы с благоприятными для растений природными свойствами и богатые питательными веще­ ствами, но расположенные далеко, экономически могут расцени­ ваться ниже бедных почв, но удобно расположенных. Точно так же почвы, особенно благоприятные для возделывания ка­ кой-либо одной культуры с особыми биологическими требовани­ ями (цитрусовые, табак, чай, картофель и др.) в районах возде­ лывания этих культур, могут оцениваться выше других почв, даже если последние обладают лучшими свойствами.

В литературе часто используются различные синонимы кате­ горий плодородия почв. Естественное или природное плодородие рассматривается как «потенциальное» в смысле возможного использования его для получения урожаев культурных растений, а искусственное — как «действительное» или «относительное». Очевидно, «потенциальным» может быть не только естественное, но и искусственное плодородие почвы. Оно тоже характеризует возможность получения урожаев определенного уровня, которая не всегда полностью реализуется. Точно так же и эффективное плодородие может складываться из естественного и искусствен­ ного, реализуясь в конкретном урожае данного года.

Целесообразно пользоваться следующими понятиями, относя­ щимися к почвенному плодородию.

Естественное (природное) плодородие — то плодородие, кото­ рым обладает почва в природном состоянии без вмешательства человека.

Искусственное плодородие — плодородие, которым обладает почва в результате воздействия на нее целенаправленной человеческой деятельности (распашка, периодическая механиче­ ская обработка, мелиорации, применение удобрений и т.д.).

Потенциальное плодородие — суммарное плодородие почвы, определяемое ее свойствами, как приобретенными в процессе почвообразования, так и созданными или измененными чело­ веком.

Эффективное плодородие — та часть потенциального плодо­ родия, которая реализуется в виде урожая растений при данных климатических (погодных) и технико-экономических (агротехнологических) условиях.

248

Относительное плодородие — плодородие почвы в отношении к какой-то определенной группе или виду растений (плодородная для одних растений почва может быть бесплодной для других).

Экономическое плодородие — экономическая оценка почвы в связи с ее потенциальным плодородием и экономическими харак­ теристиками земельного участка.

Воспроизводство плодородия — совокупность природных поч­ венных процессов или система целенаправленных мелиоративных и агротехнических воздействий для поддержания эффективного почвенного плодородия на уровне, приближающемся к потен­ циальному плодородию.

15.3.Относительный характер плодородия почв

Вприродных биогеоценозах почва и растения тесно связаны

ивзаимно обусловливают друг друга. Рост и продуктивность растений зависят от плодородия почвы и влияющих на него поч­ венных свойств, а растения, определяя во многом объем и ха­ рактер биологического круговорота веществ, в свою очередь оказывают большое воздействие на свойства почвы. Поэтому пространственная смена почвенных условий всегда сопровожда­ ется сменой естественного растительного покрова, а смене расти­ тельности сопутствует смена почв.

Врезультате длительного естественного отбора в природных биогеоценозах устанавливается динамическое равновесие, при котором свойства почвы экологически соответствуют биологиче­ ским свойствам ее растительного покрова, даже если почва имеет очень кислую или щелочную реакцию, заболочена, засо­ лена, опустынена, имеет мерзлотный режим. И такие почвы, об­ ладающие, казалось бы, весьма неблагоприятными свойствами, используются растительностью, но специфической, билогические свойства которой соответствуют свойствам почвы; например, болотной растительностью на болотных почвах, лесной — на кислых подзолистых почвах, солеустойчивой и солянками на со­ лонцах и солончаках и т. д. Из этого следует, что все почвы, ка­ ковы бы ни были их свойства, обладают разным уровнем есте­ ственного плодородия, но плодородия не вообще, а относительно­ го — по отношению к определенным видам растений и расти­ тельным ассоциациям. Одна и та же почва может быть плодо­ родной для одних растений и мало плодородной или совсем бес­ плодной для других. Болотные почвы, например, высокоплодо­ родны по отношению к болотным растениям, но на них не могут расти степные или другие виды растений; кислые, малогумусные подзолы плодородны в отношении лесной растительности, кото­ рая сама по себе без особых мелиорации не произрастает даже на богатых гумусом черноземах, высокоплодородных в отноше­ нии лугово-степной растительности и т. д. При этом необходимо иметь в виду, что разные почвы обладают разным уровнем по­ тенциального и эффективного плодородия в отношении различ­ ных видов растений и развитых растительных ассоциаций.

249

15.4. Элементы, или факторы, плодородия почв

Как специфическое свойство почвы, ее плодородие формирует­ ся в процессе образования самой почвы и определяется не какимлибо одним или двумя свойствами, например содержанием эле­ ментов питания, гумуса или физическими свойствами, а всей со­ вокупностью свойств почвы. При этом важно иметь в виду и то положение, что плодородие почвы определяется не только корнеобитаемым верхним слоем, а зависит существенно от строения ее профиля и характера подстилающей толщи или подпочвы, что особенно сказывается на многолетних растениях с глубокой корневой системой. Ошибкой земледелия прошлого было отожде­ ствление почвы только с ее верхним гумусированным или пахот­ ным слоем, в то время как на потребление растениями воды и питательных элементов большое влияние оказывают и более глу­ бокие почвенные горизонты и находящиеся на глубине грунтовые воды. Плодородие почвы определяется характером и особен­ ностями всего ее профиля.

Имея в виду обеспечение растений всеми факторами жизни, к элементам плодородия почвы следует отнести весь комплекс физических, биологических и химических свойств почвы и их го­ довую динамику. Из них важнейшие, определяющие ряд соподчи­ ненных свойств, следующие.

Гранулометрический состав почвы. От него зависит тепловой и водный режим, водно-воздушные свойства и пищевой режим почвы. Легкие супесчаные и песчаные почвы прогреваются рань­ ше тяжелых, и их относят к «теплым» почвам. Они имеют высо­ кую воздухо- и водопроницаемость. В результате высокой аэра­ ции органическое вещество растительных остатков и удобрений в таких почвах быстро минерализуется, а процессы гумификации, наоборот, ослаблены. Малая влагоемкость препятствует накопле­ нию в них влаги и приводит к вымыванию элементов питания почвы и удобрений. При небольшом содержании тонких глини­ стых частиц легкие почвы имеют небольшие запасы элементов питания, низкую поглотительную способность и низкую буферность.

Тяжелосуглинистые и глинистые почвы, наоборот, дольше прогреваются, они «холодные», поскольку тонкие поры их запол­ нены не воздухом, а очень теплоемкой водой. Они слабо водо- и воздухопроницаемы, плохо впитывают атмосферные осадки. Значительная часть почвенной влаги и запасов элементов пита­ ния тяжелых почв не доступны растениям. В периоды сезон­ ного переувлажнения в них недостает воздуха и развиваются глеевые процессы.

Лучшими для роста большинства культурных растений явля­ ются почвы суглинистые.

Структурность и водно-физические свойства почвы. Плотность почвы, ее физические свойства и связанные с ними водный, воз­ душный, тепловой и пищевой режим зависят от ее структурности,

250

а тем самым от нее зависит и урожай растений (рис. 48). Бес­ структурная почва не может обеспечивать растения одновремен­ но водой и воздухом. В чередующиеся влажные и сухие периоды ее тонкие поры заняты либо водой, либо воздухом. В струк­ турных почвах в капиллярных порах удерживается вода, а на­ личие крупных пор между структурными агрегатами обеспечи­ вает газообмен почвы с атмосферой — удаление из нее избытка углекислоты и снабжение корней растений и микроорганизмов кислородом. Структурность почв обес­ печивает одновременное существова­ ние в них аэробных и анаэробных микрозон, что способствует существова­ нию в почвах различных экологиче­ ских групп микроорганизмов. При этом на поверхности структурных агрегатов усиливаются аэробные процессы мо­ билизации элементов питания микро­ организмами.

251

водить и удерживать тепло во многом непосредственно опреде­ ляет рост и развитие растений, а также биологические процессы, с которыми связано плодородие почвы. Ее тепловой режим как

Т а б л и ц а 47. Порозность и аэрация структурной почвы, сложенной агрегатами разных размеров

(по А. Дояренко, 1924)

совокупность поступления, отдачи и передачи тепла зависит от цвета и водно-воздушных свойств почвы, от того, насколько ее поры заняты малотеплоемким и малотеплопроводным воздухом или высокотеплоемкой и теплопроводной водой.

Содержание в почве органического вещества. В органическом веществе почвы содержится основная часть запасов азота, около 80% серы и около 60% фосфора. Элементы питания, связанные с органическим веществом, не вымываются из почвы и в то же время могут постепенно использоваться растениями. Органиче­ ское вещество почвы является источником энергии для микро­ организмов, мобилизующих элементы питания для растений из растительных остатков и минеральной части почвы. Установлено, что некоторые органические вещества почвы могут непосред­ ственно усваиваться растениями и содержат стимуляторы роста последних. С количеством и качественным составом органиче­ ского вещества связано образование водопрочной структуры и формирование благоприятных для растений водно-физических и технологических свойств почвы.

Биологическая активность почвы. Она определяется числен­ ностью, составом и активностью почвенных микроорганизмов и почвенной фауны, активностью ферментов, которые непосред­ ственно участвуют в трансформации недоступных растениям эле­ ментов питания почвы и растительных остатков в доступные им соединения. С биологической активностью почвы связано образо­ вание в ней микробных продуктов, стимулирующих рост расте­ ний, или, наоборот, оказывающих на них токсические действия. Микробные метаболиты и отмирающие популяции микробов, мас­ са которых может достигать 6 т/га, играют важную роль в про­ цессах образования гумуса почвы. В биомассе отмирающих

252

микроорганизмов содержится около 12% азота, 3% фосфора и 2,2% калия. При ее разложении около одной трети азота ис­ пользуется микроорганизмами, а две трети — растениями. Биологическая активность почвы определяет фиксацию атмо­ сферного азота и образование углекислоты, участвующей в про­ цессе фотосинтеза растений.

Поглотительная способность почвы. Она тоже обусловливает ряд жизненно важных для растений свойств почвы — ее пищевой режим, химические и физические свойства. Благодаря ей элемен­ ты питания удерживаются почвой и меньше вымываются осад­ ками, оставаясь в то же время легкодоступными для растений. Важную роль при этом играет емкость поглощения почвы. От состава поглощенных катионов зависят реакция почвы, ее дисперсность, способность к агрегированию и устойчивость по­ глощающего комплекса к разрушающему действию водой в про­ цессе почвообразования. Поглощенный водород, алюминий и особенно поглощенный натрий способствуют разрушению ее по­ глощающего комплекса, снижают способность почвы удерживать и закреплять гумусовые вещества. Насыщенность поглощающего комплекса кальцием, наоборот, обеспечивает растениям благо­ приятную, близкую к нейтральной реакцию почвы, предохраняет ее поглощающий комплекс от разрушения, способствует агреги­ рованию почвы и закреплению в ней гумуса. Поэтому кальций называют «стражем плодородия почвы».

15.5. Факторы, лимитирующие почвенное плодородие

Как показано выше, элементами (факторами) почвенного плодородия служат практически все физические, химические и биологические свойства почв. Важно иметь в виду, что то или иное свойство почвы может оказывать как положительное, так и отрицательное (лимитирующее) влияние на уровень ее потен­ циального или эффективного плодородия в зависимости от его качественного и количественного проявления.

В агрономии и агрохимии давно известен «закон минимума», согласно которому урожай растений определяется тем фактором, который находится в минимуме в данный момент: при достаточ­ ном количестве азота и фосфора, например, в почве может не хватать калия или, скажем, кальция или железа, а при полной обеспеченности всеми элементами питания может не хватать воды или при оп­ тимуме пищи и воды может недоставать тепла и т. п. При этом уровень эффективного плодородия иллюстрируется известным рисунком бочки из планок разной высоты, уровень воды в кото­ рой лимитируется минимальной планкой. Отсюда и второй не ме­ нее известный рисунок, обошедший все учебники, иллюстриру­ ющий прогрессивно растущие урожаи по мере постепенного уве-

253

личения один за одним всех факторов плодородия: сначала, до­ пустим, дается увеличение азота, а когда при оптимуме азота в минимуме оказывается фосфор, то дают увеличение фосфора, затем последовательно так же поступают и с другими факторами плодородия, пока, наконец, не достигается желаемый результат при оптимуме всех факторов. Однако этот красивый и теоретиче­ ски вроде бы хорошо обоснованный процесс на практике рабо­ тает отнюдь не всегда, хотя бы в силу того, что не всегда из­ вестны все нужные растению факторы и их оптимальные соотно­ шения, а перебирать все возможные варианты можно тысячелетия, что, кстати, человек и делает на протяжении своей истории. Сейчас к этому подключены ЭВМ и математические уравнения «программирования урожаев».

В почвоведении принят иной подход. Наряду с задачей обеспечения оптимального состояния почвенных факторов жизни растений или элементов почвенного плодородия ставится и прак-

254

тически решается задача ликвидации или минимализации лими­ тирующих почвенное плодородие факторов с помощью коренных почвенных мелиорации и агротехнологических приемов. В табл. 48 перечислены основные лимитирующие факторы почв и соответ­ ствующие приемы их мелиорации. Ряд почв обладает не одним каким-то лимитирующим фактором, а целым комплексом их. Например, солонцы-солончаки имеют высокую щелочность, высо­ кое солесодержание и крайне неблагоприятные физические свой­ ства. Отсюда необходимость комплексных мелиорации.

15.6.Особенности требований культурных растений

кпочвам

В отношении требований к почве растения природных фитоценозов и агроценозов существенно различаются. В природных фитоценозах растительный покров представлен растениями раз­ ных видов. Они различаются по биологической стойкости, по по­ треблению воды и элементов питания как в количественном от­ ношении, так и по времени максимального потребления на протя­ жении годового периода вегетации. Ярусное расположение их надземной и подземной массы позволяет наиболее полно исполь­ зовать солнечный свет, тепло и плодородие почвы. При устано­ вившемся динамическом равновесии природный фитоценоз пред­ ставляет собой устойчивое растительное сообщество, приспособ­ ленное к условиям местности и почве.

Агроценоз, за исключением немногих смешанных и совмест­ ных посевов, представлен популяцией растений одного вида и сорта. Все они за короткий период вегетации потребляют очень много воды и элементов питания, а периоды максимального пот­ ребления по фазам роста у всех растений совпадают во времени. На протяжении длительной истории окультуривания природных растений человек создавал для них наиболее благоприятные ус­ ловия роста, подбирал и менял их сорта, «изнежил» их, и они утратили стойкость по отношению к неблагоприятным условиям среды. По сравнению с дикими растениями и сорняками у них ниже способность усваивать элементы питания из труднодоступ­ ных соединений, их продуктивность в большей степени подвер­ жена колебаниям экологических условий и особенно погоды. Они без помощи человека не выдерживают конкурентной борьбы с сорной растительностью. По сравнению с природными фитоценозами агроценозы являются менее устойчивой экосистемой и очень требовательны к свойствам почвы.

Культурные растения выращивают в разных природных зо­ нах, используя для этого почвы, обладающие разными свой­ ствами. Можно сказать, что свойства большинства природных почв в резкой степени не соответствуют высоким требованиям современных культурных растений. Хотя у разных культур требо-

255

вания к почве неодинаковые, среди них можно выделить ряд об­ щих для всех культурных растений.

Для укоренения проростков и хорошего развития корневой системы культурным растениям нужна почва, обладающая такой умеренной плотностью и порозностью, которая обеспечивает достаточную аэрацию и газообмен с атмосферой без пересуши­ вания почвы и чрезмерной минерализации ее органического ве­ щества. Культурные растения очень чутко реагируют на увеличе­ ние плотности почвы и на ухудшение ее аэрации. Для разных культур оптимальная плотность различна, но у многих из них урожай резко снижается, если плотность почвы достигает 1,45— 1,60 г/см3. Культурные растения в одновидовых посевах при хо­ рошем росте потребляют очень большое количество элементов питания в легкодоступных формах, особенно в ответственные начальные периоды роста. При рекордно высоких урожаях зерна пшеницы (100 ц/га) и корней сахарной свеклы (1000 ц/га) по­ требление азота может достигать соответственно 350—510 кг,

вагроценозах химических

* Р о д и н Л. Е., Б а з и л е в и ч Н. И., 1965.

256

В табл. 49 представлены данные о среднем за 5 лет годовом по­ треблении элементов питания всеми агроценозами в ряде при­ родных зон, рассчитанном с учетом структуры посевных площа­ дей в зоне и урожаев культур на уровне госсортучастков. Как видно из таблицы, в агроценозах за более короткий период веге­ тации культурные растения потребляют от 415 до 1000 кг/га химических элементов, в том числе от 85 до 210 кг/га азота, в то время как в природных фитоценозах этих зон растения за более продолжительный срок роста в год потребляют элементов от 85 до 785 кг/га (из них азота от 20 до 175 кг/га).

Т а б л и ц а 50. Зависимость плодородия мощного чернозема от численности почвенных микроорганизмов

(А. М. Гринченко и др., 1966)

Чтобы обеспечить большую потребность культурных растений в элементах питания, нужно, чтобы пахотная почва обладала высокой биологической активностью — высокой численностью и активностью микроорганизмов, трансформирующих элементы питания почвы в легкодоступные растениям формы. Большое значение биологической активности почвы для ее плодородия показано в табл. 50. При использовании в вегетационном опыте целинного мощного чернозема без предварительного рыхления урожай овса был в 2,5—2,8 раза меньше, чем на окультуренной старопахотной почве с более низким содержанием гумуса и ва­ лового азота, но с большей численностью микрофлоры, снаб­ жающей растения доступными элементами питания. Следует от­ метить, что в целинных почвах численность микробов и бактерий, содержание нитратов и подвижных соединений фосфора и калия часто меньше, чем в почвах пахотных.

Культурные растения предъявляют высокие требования к содержанию в почве органического вещества и его качеству. С ним тесно связаны деятельность микроорганизмов и пищевой режим почвы, ее биологическая активность и водно-физические свойства. У почв малогумусных, например дерново-подзолистых, с увеличением содержания гумуса урожай культур может увели­ читься в 1,5—2,5 раза (табл. 51).