В структуре почвенного покрова страны более трети занимают почвы, требующие систематических мелиоративных мероприятий, при пренебрежении которыми земля теряет производительные свойства и ее использование в обработке неэффективно.
В частности, за последние 130 лет потери гумуса в почвах Лесостепи достигли 22%, в Степи – 19,5%, на Полесье – около 19% от начального их количества. Общая площадь сельскохозяйственных угодий, подвергшихся пагубного влияния водной эрозии, составляет 13,3 млн га (32%), в том числе 10,6 млн га пахотных земель. В составе эродированных земель насчитывается более 2,5 млн га со средне- и сильносмытыми почвами, в том числе 68 тыс. га полностью потеряли гумусовый горизонт. Уменьшение продукции земледелия от эрозии и потерь влаги с поверхностным стоком превышает 9-12 млн т зерновых единиц ежегодно.
По разным данным, площадь почв с избыточной кислотностью, которая лимитирует нормальное развитие и рост сельскохозяйственных культур, составляет от 5,5 до 8,5 млн га и продолжает увеличиваться под влиянием несбалансированных систем земледелия. На юге Украины обнаружено 4,7 млн га почв с щелочной реакцией среды, что составляет 48% пахотных земель, причем почти половину площадей среди них занимают сильно- и среднещелочный почвы – 2,3 млн га. Засоленных и солонцеватых почв в Украине 1,92 млн га, из них сильнозасоленных – 116,3 тыс. га, солончаков – 32,8 тыс. га, солонцов – более 170 тыс. га. Среди орошаемых земель насчитывается около 600 тыс. га засоленных и солонцеватых почв, из них 200-300 тыс. га – вторично солонцеватых.
Физическая деградация почв, как следствие их интенсивной механической обработки и снижения содержания органического вещества, практически охватила всю пахотную площадь Украины. Она проявляется в обесструктурении верхнего слоя пашни, глыбистости поверхности после вспашки, заплывании и коркообразовании, наличии плужной подошвы, переуплотнении подпахотного и глубоких почвенных слоев.
Для предупреждения и предотвращения подобных явлений Украина сегодня присоединилась к трем Конвенциям Организации Объединенных Наций, направленным на обеспечение устойчивого развития во всем мире: Конвенция ООН об охране биоразнообразия, о борьбе с опустыниванием, Рамочная конвенция ООН об изменении климата.
Подробнее в этой статье остановимся на проблеме дегумификации и предотвращении потерь органического вещества почвы.
Под влиянием сельскохозяйственной деятельности меняется ход таких почвенных процессов, как гумификация, гумификсация и минерализация гумуса, что приводит к значительной потере последнего. Среднегодовые гумусовые потери в почвах пашни вследствие роста темпов минерализации органического вещества составляют 0,6 т/га. При трансформации целинных почв в почвы агроценозов преобладание минерализационных процессов вполне логично объясняется изменением замкнутого круговорота биогенных веществ на разомкнутый. Это явление приводит к резкому уменьшению поступления в почву органических остатков, которые выступают материальной субстанцией для гумусообразования. А также этот негативный процесс углубляется из-за смены водного, воздушного, теплового, светового режимов при распашке почв, что приводит к усилению микробиологических процессов.
Для компенсации значительной части биогенных элементов как результата их хозяйственного вынесения на формирование урожая обычно рекомендуют вносить органические удобрения, которым отводится особая роль в сохранении и повышении почвенного плодородия. А вот о влиянии минеральных удобрений на гумусное состояние почв существуют противоречивые точки зрения. С одной стороны, внесение минеральных удобрений, особенно в высоких дозах, вызывает дегумификация из-за увеличения содержания подвижных фракций гумуса. А с другой – при сбалансированной системе удобрения фактически не происходит существенных изменений содержимого гумуса в сторону понижения. Другие исследования свидетельствуют об увеличении общего содержания гумуса при применении минеральной системы удобрения, особенно в комплексе с органическим.
Приоритетом научно обоснованной системы удобрения является достижение баланса между углеродным циклом и балансом питательных веществ в почве. Известно, что при недостатке легкодоступного углерода растительных остатков и органических удобрений почвенные микроорганизмы усиленно ассимилируют углерод гуминовых веществ. Сбалансированная система применения удобрений положительно влияет на функционирование микробиологической составляющей почвы, которая, в свою очередь, влияет на баланс гумуса в целом. Усиление деятельности микрофлоры почвы за применение удобрений может быть связано с привлечением дополнительного энергетического материала, а именно: увеличенного количества растительных остатков; собственно органических удобрений; гумусовых веществ почвы, которые стали более доступными для микробиологической деструкции.
Расчетом баланса гумуса и оценкой динамики его запасов в черноземах при использовании различных систем удобрения, форм и видов минеральных удобрений занялись ученые ННЦ «Институт почвоведения и агрохимии имени А.Н. Соколовского». Мы проводили эту работу путем закладки трех полевых опытов с разной их длительностью. Первый длительный стационарный опыт – на черноземе типичном ГП ОХ «Граковское» ННЦ «ИГ имени А.Н. Соколовского» (Харьковский район, Харьковская обл.) с содержанием общего гумуса 3,8-4%. Опыт был заложен в 1969 г., экспериментальные данные получены на различных агрохимических фонах, на которых изучали последействие различных систем удобрения (органическую и органо-минеральную) на содержание гумуса и его форм по сравнению с абсолютным контролем и залежью.
Второй длительный стационарный опыт проводили на черноземе типичном ГП ОХ «Граковское» ННЦ «ИГ имени А.Н. Соколовского» (Чугуевский район, Харьковская обл.), который был заложен в 1990 году. Содержание общего гумуса в почве этого опыта – 5,6-5,8%; системы удобрения, которые исследовали: минеральная, органическая и органо-минеральная, а на контроле – без внесения удобрений. Третий временный полевой опыт проводили на черноземе оподзоленном (демонстрационное опытное поле ЧАО компании «Райз-Максимка», Лохвицкий район, Полтавская обл.) с содержанием общего гумуса 2,3-2,5%. В опыте изучали краткосрочную динамику показателей плодородия почвы, в том числе динамику запасов и баланс гумуса в течение выращивания культур звена севооборота в условиях применения безводного аммиака.
Результаты наших исследований на черноземе типичном первого полевого опыта по изменению содержания общего гумуса под влиянием последействия высоких норм минеральных удобрений определенным образом совпадают с исследованиями, где отмечено изменения в содержании гумуса при внесении минеральных удобрений (табл. 1). Так, применение минеральных удобрений в запас по фону навоза (варианты 4 и 5 в табл. 1) не способствовало повышению общего содержания гумуса по сравнению с абсолютным контролем. Соответственно, запасы гумуса в пахотном слое на этих вариантах колебались в пределах 96-98,4 т/га. Тогда как внесение 140 т/га навоза достоверно повысило и содержание общего гумуса, и его запасы, даже несмотря на то, что его последействие в опыте продолжается уже 13 лет..
Наибольший эффект в стабилизации гумусного состояния чернозема типичного в проведенном опыте получено за систематического внесения минеральных удобрений на фоне навоза (вар. 6 в табл. 1), где в целом в течение шести ротаций шестипольного севооборота было внесено N2990P2680K2860. Содержание общего гумуса здесь составило соответственно 4,5%. Но даже при использовании такой системы удобрения содержание общего гумуса был менее уровня естественной экосистемы (залежь).
Исследование динамики общего содержания гумуса за шесть ротаций шестипольного севооборота показали (рис. 1), что на контрольном варианте после распашки залежи потери гумуса стабилизируются, начиная с третьей ротации, на определенном уровне, то есть в системе «почва-растение» устанавливается уравновешенное состояние, а на вариантах, где вносили высокие дозы удобрений (систематически), отмечается заметное повышение содержания гумуса от ротации к ротации (начиная с третьей).
Вообще, считается, что органо-минеральная система удобрения – оптимальная для усиления процессов гумусообразования и гумусонакопления.
Однако положительное действие органо-минеральных удобрений зависит от их дозы. Так, в случае внесения 13,5 т/га навоза вместе с минеральными удобрениями содержание гумуса стабилизируется до исходного уровня. Положительный баланс гумуса в пропашном севообороте достигается при внесении 12 т/га навоза вместе с минеральными удобрениями.
В первом стационарном опыте на черноземе типичном баланс гумуса в севообороте: вико-овес, пшеница озимая и кукуруза на зеленый корм (з/к) шестой ротации – на всех исследуемых вариантах был положительным (табл. 1). Это стало возможным, главным образом, благодаря вновь образованному гумусу корневых и поверхностных остатков растительной массы вико-овса и пшеницы озимой. Применение только органических удобрений не способствовало достижению максимального эффекта гумусонакопления, что прежде всего объясняется низкими урожаями, полученными на этом варианте.
Традиционным способом оценки возможных потерь углерода из почвы является расчетный, основанный на составлении баланса между статьями поступления органического вещества с органическими удобрениями и растительными остатками, которые подвергаются гумификации, и потерями гумуса из-за его минерализации и вымывания. Балансовый метод не обладает высокой точностью, но он позволяет количественно оценить тренд изменений гумусового состояния почвы уже по основным статистическим сведениям об урожайности культур, способе обработки и системе удобрения. Кроме того, применение балансового метода создает основу для того, чтобы уже на первых годах внедрения новых составляющих системы земледелия (севооборотов, систем обработки и удобрения) составить прогноз секвестрации углерода в почве и примерно оценить эмиссионные его потери в кратко- и долгосрочной перспективе.
Для балансовой оценки эмиссионных потерь углерода во втором стационарном полевом опыте на черноземе мощном с изучением различных систем удобрения (минеральной, органической и органо-минеральной) были использованы данные урожайности за последнюю ротацию севооборота. Результаты балансовых расчетов приведены в табл. 2.
Во время проведения опыта минеральные удобрения вносили вразброс в виде аммиачной селитры, суперфосфата гранулированного, калия хлористого и калимагнезии. К началу исследований всего внесено 170 т/га навоза и N945-1890P880-1760K765-1530. Органические удобрения вносили в таких нормах: под подсолнечник – 30 т/га; под сахарная свекла – 40 т/га; под кукурузу на зерно — 30 т/га.
Как свидетельствуют приведенные данные, из-за низкой урожайности культур, которые выращивали на варианте без применения удобрений, баланс гумуса является наиболее дефицитным – почва ежегодно обеднялась в среднем на 0,3 т/га. Такая интенсивность дегумификации является достаточно близкой к средним значениям для страны (0,6 т/га в год), обнародованных в Национальном докладе о состоянии почв (но благодаря научно обоснованному севообороту в опыте она все-таки ниже).
Минеральная система удобрения формирует менее дефицитный баланс гумуса благодаря тому, что масса поверхностных и корневых остатков увеличивается в среднем на 12%, но все равно сальдо остается отрицательным, а именно -0,21 т/га ежегодно. В связи с этим полное отчуждение побочной продукции при минеральной системе удобрения, что может иметь место в хозяйствах, где нет животноводства, и использование соломы для отопительных целей или вообще ее сжигания, что еще случается, будут приводить к постепенной дегумификации почв. Органическая и органо-минеральная системы удобрения, наоборот, формируют положительный баланс гумуса со средней интенсивностью его накопления на уровне 0,36 и 0,42 т/га соответственно.
Важным аспектом пополнения почвы органическим веществом и, соответственно, снижения потерь углерода с поверхности почвы является избрание таких видов и форм минеральных удобрений для построения системы удобрения, чтобы последние практически не влияли на пептизацию органических коллоидов и не обуславливали усиления их подвижности. По мнению В.И. Филона, минеральные удобрения по агрессивности воздействия на органическое вещество почвы можно разделить на: наиболее реакционные – азотные и комплексные; вторые по влиянию – фосфорные. Калийные удобрения обладают контрастным действием, которое зависит от их анионного состава: хлоридные формы практически не влияют на органические коллоиды, а сульфатные, наоборот, значительно усиливают подвижность органических соединений.
Среди современного ассортимента азотных удобрений наиболее концентрированным и агрессивным является безводный аммиак, что обусловливает особую дискуссионность вопроса относительно его влияния на содержание и подвижность гумуса. Наряду с этим, безводный аммиак является самым дешевым азотным удобрением, из-за чего в последнее время привлекает внимание многих фермеров. Некоторые исследователи считают, что внесение безводного аммиака может негативно влиять на содержание гумуса, вызывая повышенную подвижность его активных форм. Однако J. Neuberg утверждал, что опасения относительно неблагоприятного воздействия аммиака гумусом неоправданы, поскольку аммиак при нормальных почвенных условиях нитрификуеться течение трех недель и теряет свойства, которые негативно влияют на органо-минеральный поглощающий комплекс почвы.
Исследование влияния форм азотных удобрений на процессы гумусонакопления проводили в условиях третьего временного полевого опыта на черноземе оподзоленном. Расчет баланса гумуса выполняли в звене севооборота: кукуруза на зерно – пшеница озимая – подсолнечник (в основное удобрение вносили безводный аммиак и аммиачную селитру — табл. 3).
В условиях нашего опыта, где вся побочная продукция оставалась в поле, высокий баланс гумуса в севообороте, который составляет 5,71 т/га, было получено при применении безводного аммиака. При внесении аммиачной селитры баланс гумуса составил 4,15 т/га, что на 27% меньше по сравнению с удобрением безводным аммиаком. Формирование положительного баланса гумуса за годы исследований подтверждается расчетами запаса гумуса в пахотном слое почвы. При применении как безводного аммиака, так и аммиачной селитры в 2012 году его запасы составляли 52,8 т / га по сравнению с 54,7 т / га – на контроле. К концу проведения исследований, в 2014 году, выявлены существенные изменения запасов гумуса в зависимости от формы удобрений: за внесение безводного аммиака – 59,8 т/га, аммиачной селитры – 59 т/га и на неудобряемом участке — 57,8 т/га.
Таким образом, применение безводного аммиака в дозе 100 кг азота на гектар в течение трех лет на черноземе оподзоленном не вызывает снижения общего содержания гумуса, а, наоборот, вызывает тенденцию к его увеличению в почве. Кроме того, применение безводного аммиака в звене севооборота в зависимости от количества поступления побочной продукции, формирует положительный или бездефицитный баланс гумуса. Но следует учитывать, что во избежание дегумификации почвы при применении безводного аммиака в качеству азотного удобрения нужно вести мониторинг гумусового состояния с периодичностью один раз в три-пять лет путем определения абсолютного и относительного содержания лабильного гумуса.
Напоследок акцентируем ваше внимание на следующие положения:
органо-минеральная система удобрения – оптимальная для усиления процессов гумусообразования и гумусонакопления, однако недостаточна для достижения уровня естественной экосистемы по круговороту углерода;
минеральная система удобрения формирует более напряженный баланс гумуса, но может обеспечить бездефицитный уровень при высокой урожайности и запашке растительных остатков;
при разработке научно обоснованной системы удобрения следует учитывать влияние формы и вида удобрений, обработки и севооборота на баланс органического вещества почвы;
балансовые расчеты являются инструментом оценки направленности круговорота углерода при испытании различных агротехнологий перед их внедрением в производство, но требуют совершенствования.
М. Мирошниченко, д-р биол. наук
Є. Гладких, канд. с.-х. наук
А. Ревтье-Уварова, канд. с.-х. наук
О. Сябрук, канд. с.-х. наук
ННЦ «Институт почвоведения и агрохимии имени О.Н. Соколовского»
Журнал «Пропозиція», №11, 2018 р.
Источник: www.propozitsiya.com
