Роль сидератов в экологизации и биологизации земледелия

Размещено на http://www.allbest.ru/

РГАУ - МСХА им. К.А.Тимирязева

«ВНИИ Агроэкоинформ»

Роль сидератов в экологизации и биологизации земледелия

Матюк Н.С., Гогмачадзе Г.Д.,

Солдатова С.С., Безуглов В.Г.

Аннотация

Использование сидератов увеличивает запасы органического вещества почвы, активизирует почвенную биоту и микроорганизмы, положительно влияет на агрохимические и агрофизические свойства почвы, что повышает ее плодородие. Зеленое удобрение стабилизирует и улучшает фитосанитарное состояние посевов и почвы и увеличивает урожайность полевых культур. Рациональное применение нетрадиционных форм органических удобрений (сидерат, солома) обеспечивает ведение экологически сбалансированного и безопасного земледелия.

Ключевые слова: ЗЕЛЕНОЕ УДОБРЕНИЕ, ПРОМЕЖУТОЧНЫЕ КУЛЬТУРЫ, БИОЛОГИЗАЦИЯ, ОРГАНИЧЕСКОЕ ВЕЩЕСТВО, МИКРООРГАНИЗМЫ, ПОЧВЕННАЯ БИОТА, ФИТОСАНИТАРНОЕ СОСТОЯНИЕ удобрение сидерат почва плодородие

Основная часть

В современных условиях задачи сохранения плодородия почвы, а вместе с ним и увеличения продуктивности и устойчивости агрофитоценозов, должны решаться комплексно, в рамках адаптивно-ландшафтных систем земледелия, которые, наряду с воспроизводством плодородия и защитой почв от эрозии и дефляции, обеспечивают сохранение агроландшафтов и экологическую чистоту среды обитания человека.

В биологическом земледелии почва рассматривается как живой организм с очень высокой чувствительностью на химико-техногенное вмешательство. Все агротехнические меры биологического земледелия сконцентрированы на почве, активном уходе за ней, сохранении и улучшении плодородия. Почва обладает высоким уровнем автономности протекающих в ней процессов накопления элементов питания и их поступления в почвенный раствор, образуя ресурс, используемый растениями в критические периоды роста и развития. Если в традиционном земледелии при разработке систем применения удобрений основной упор делают на растение, то в биологическом - на почву с учетом ее экологического состояния, обеспечивающего нормальное протекание биологических процессов.

Использование сидератов и нетоварных частей урожая зерновых культур для получения удобрений позволяет компенсировать часть традиционных органических удобрений и в сочетании с интенсивной и ассоциативной азотфиксацией способствует уменьшению диапазона разомкнутости круговорота веществ и энергии в агроценозах.

При этом используется средовосстанавливающая способность культур за счет возврата органических веществ в почву с корневыми и пожнивными остатками, а возврат во многом осуществляется путем имитации взаимодействия между почвенной средой и агрофитоценозом, сходного с идентичными процессами в естественных условиях.

В биологизированных вариантах увеличивается поступление в почву фитомассы, имитирующей опад в естественных фитоценозах, а чередование различных по биологии культур - многокомпонентный характер воздействия на почву естественных растительных сообществ, характеризующихся большим количеством видов.

Биологизация также подразумевает рассмотрение различных вопросов земледелия через призму экологического подхода. Применение экологической системы земледелия связано с охраной окружающей среды, а основой этого является жесткое ограничение применения пестицидов с учетом продолжительности периода интоксикации и гибкое отношение к вопросу о минеральных удобрениях с учетом оценки экологической чистоты окружающего человека пространства.

Расширение использования таких специфических и экологически чистых органических удобрений, как солома и зеленое удобрение, является одним из важнейших элементов биологического земледелия, определяющих плодородие почвы и экологическую ситуацию в агроэкосистемах.

В Нечерноземной зоне России проведены большие исследования в длительных полевых стационарных опытах ТСХА по оценке экологических функций сидерата горчицы белой, выращиваемой в промежуточных посевах [1-5]. Имеется ряд научных работ, в которых, помимо горчицы белой, для промежуточных посевов рекомендуются и другие крестоцветные культуры (редька масличная, яровой и озимый рапс) [6-8]. На необходимость расширения промежуточных посевов в Курской области указывает Н.И. Картамышев [9]. Он рекомендует наиболее эффективные и доступные поукосные (кукуруза на зеленый корм после уборки однолетних трав) и подсевные промежуточные культуры (многолетние травы, многолетний люпин и озимую вику).

Зеленое удобрение - это заделка в почву еще неотмерших зеленых, сочных, частично одревесневших растений, богатых сахарами, крахмалом, белком и азотом, а также корней растений, еще функционирующих ко времени обработки почвы, с присущим только им составом элементов питания, ферментов и микроорганизмов почвы, участвующих в его разложении [10].

Зеленое удобрение, являясь дешевым и повсеместно доступным органическим удобрением, служит неисчерпаемым и постоянно возобновляемым источником азота и органического вещества. Во многих странах мира, особенно в Западной Европе, использование зеленого удобрения за счет промежуточных посевов различных культур является неотъемлемой частью современных биологизированных систем земледелия. Ценность промежуточных сидеральных культур заключается в том, что они не занимают отдельно отведенного для них поля, как, например, сидеральный пар, а используют для формирования урожая зеленой массы агроклиматические ресурсы теплого времени года, остающиеся неиспользованными основными культурами севооборота.

Сидеральные культуры имеют большое значение как элементы экологически чистого земледелия. Переводя в органическую форму минеральные элементы питания растений, они предохраняют их от вымывания и загрязнения окружающей среды. С другой стороны, поступая в почвенный раствор в процессе медленного и непрерывного разложения органической массы в течение всего летнего периода, питательные элементы не накапливаются в почве в избыточных количествах.

Промежуточные культуры служат не только дополнительным источником кормов, но и выполняют в севооборотах важную фитосанитарную и экологическую функцию. Это происходит, прежде всего, потому, что, занимая поля севооборота в период времени, свободный от возделывания основных культур, они своим зеленым покровом защищают почву от эрозии. Отличаясь от основных культур севооборота и по биологии, и по технологии возделывания, промежуточные культуры усиливают эффект плодосмена, улучшая фитосанитарный потенциал поля, особенно, если они используются в качестве зеленого удобрения.

Органическое вещество зеленого удобрения можно рассматривать как создаваемый в почве резерв всех необходимых растениям питательных веществ, который переходит в усвояемую форму не сразу, а постепенно, в течение всего вегетационного периода, обеспечивая непрерывный рост и развитие растений. Особенно ценным является зеленое удобрение из бобовых культур, способных обогащать почву азотом за счет фиксации азота атмосферы клубеньковыми бактериями. В этом смысле посев бобовых зеленоудобрительных растений можно назвать живой фабрикой азотных удобрений, которая без сложных машин, а лишь при помощи работы азотфиксирующих микроорганизмов связывает огромное количество свободного азота воздуха в полезную форму органических соединений почвы. Так, при заделке десяти тонн зеленой массы люпина почва обогащается азотом на 54-56 кг/га, клевера - на 62, гороха и кормовых бобов - на 52, лядвенца рогатого - на 59 кг/га. Важно и то, что удобрение почвы азотом, накопленным бобовыми растениями, не требует дополнительных затрат.

Из культур, возделываемых на зеленое удобрение, особый интерес представляют растения семейства капустных как наиболее адаптированные для возделывания в различных почвенно-климатических зонах нашей страны и за рубежом. Они в наибольшей мере отвечают основным требованиям, предъявляемым к промежуточным культурам, благодаря холодостойкости, короткому вегетационному периоду, способности интенсивно наращивать зеленую массу, богатую протеином, сравнительно низким затратам на их возделывание, высокому коэффициенту размножения семян и адаптивности [11].

Из всех крестоцветных культур наибольшее распространение для использования в промежуточных посевах получили горчица белая, озимый и яровой рапс, озимая и яровая сурепица, редька масличная и другие. Многообразие сидеральных культур позволило расширить их посевы даже в регионах, характеризующихся недостатком тепла и осадков.

Использование промежуточных сидеральных культур оказывает многоплановое и комплексное влияние на изменение агрофизических, агрохимических и биологических показателей различных типов почв.

Корневая система сидератов, используемых в качестве промежуточных культур, закрепляет почву, пронизывая ее глубокие слои, что обеспечивает так называемый «биологический» вертикальный дренаж. Использование остатков сидерата в качестве мульчи на поверхности обогащает почву органическим веществом, оструктуривает её, способствует снижению плотности, что создает оптимальные условия аэрации как пахотного, так и подпахотного слоев.

На суглинистых дерново-подзолистых почвах Белоруссии при запашке зеленой массы сидератов возрастало количество водопрочных агрегатов на 36-46 %, в относительном выражении, в основном, за счет наиболее агрономически ценных частиц размером от 1 до 3 мм, обеспечивающих устойчивость поверхности почвы против сноса и смыва в период весеннего снеготаяния [12].

На таких же почвах в условиях Нечерноземной зоны возделывание в зерновом севообороте горчицы на сидерат обеспечило увеличение количества водопрочных агрегатов под ячменём в среднем на 6,6% [4].

Увеличение количества наиболее ценных водопрочных агрегатов диаметром 0,5-1 и 1-3 мм отмечали также в опытах Нижегородской сельскохозяйственной академии при возделывании многолетнего люпина как в сидеральных парах, так и в промежуточных посевах на 20-25 % [13].

Наряду с положительным влиянием на агрофизические свойства различных типов почв растительность озимых, подсевных и других промежуточных культур является важной преградой на пути миграции подвижных элементов питания в более глубокие слои почвы, особенно на легкосуглинистых, супесчаных и песчаных почвах.

Однако основная и важнейшая роль зеленых удобрений -- восстановление нормального цикла круговорота органического вещества и азота в почве. Результаты исследований с использованием меченых изотопов показали, что при запашке горчицы белой в виде пожнивного сидерата существенно улучшается азотное питание растений ячменя и озимых зерновых культур, в основном, за счет повышения коэффициента использования азота минеральных удобрений на 40-60 % [5]. Повышение ресурса дополнительных форм азота не только создает более благоприятные условия для роста и развития сельскохозяйственных растений, но и уменьшает загрязнение почвы и растениеводческой продукции нитратами и другими вредными веществами, поступающими с минеральными удобрениями.

Исследования, проведенные на различных почвах, показали, что использование культур на зеленое удобрение оказывает положительное влияние и на другие компоненты пищевого режима. Экологические функции зеленого удобрения проявляются в мобилизации элементов питания, таких, как фосфор, калий, кальций, магний, марганец и др., из более глубоких генетических горизонтов почвы, а также труднодоступных соединений и вовлечении их в кругооборот веществ.

В опытах В.Ф. Кормилицына [14] запашка сидерата способствовала активизации процессов гидролиза и окисления органических азотсодержащих веществ, аммонификации и нитрификации. Повышение содержания легкогидролизуемых форм азота, аммонийных и нитратных солей в обрабатываемом слое почвы наблюдалось в течение пяти лет, что адекватно влиянию навоза, внесенного в норме 40-50 т/га. Одновременно с улучшением азотного режима возрастала обеспеченность почвы подвижными фосфатами. Бурное развитие почвенной микрофлоры под влиянием запашки свежего легкоминерализующегося органического вещества сопровождалось биологическим поглощением доступных культурным растениям соединений фосфора и калия.

Известно, что плодородие почвы определяется количественным и качественным состоянием органического вещества, с которым прямо связаны важнейшие агрономические свойства почвы и факторы жизнеобеспечения растений. Интенсивность использования пашни требует определенного уровня воспроизводства органического вещества в почве. Ведущим фактором увеличения содержания гумуса в почве являются органические удобрения и использование соломы и сидератов.

В исследованиях ряда отечественных и зарубежных ученых отмечено существенное увеличение содержания гумуса в различных типах почв при использовании сидератов. В опытах Новозыбковской опытной станции на рыхлых песках после двукратного использования люпина на зеленое удобрение в занятом пару содержание гумуса по сравнению с контролем (без органических удобрений) повысилось с 0,49 до 0,62 % [15].

Обобщение многолетних исследований отечественных и зарубежных авторов показывает, что на малоплодородных почвах возделывание промежуточных культур на зеленое удобрение без дополнительного поступления других органических материалов не повышает содержания гумуса вследствие быстрой минерализации сидеральной массы. Рост содержания гумуса на таких почвах возможен лишь при одновременной заделке сидератов с соломой, которая выступает в данном сочетании как ингибитор процессов нитрификации. Низкое содержание азота в соломе сдерживает ее разложение почвенными микроорганизмами. Ту же роль выполняют и пожнивные остатки покровной культуры, которые способствуют замедлению разложения зеленой массы подсевного сидерата и тем самым создают условия для накопления гумуса в почве [16].

Данные закономерности подтверждаются и зарубежными исследователями. Так, в опытах чешских ученых повторная запашка сидерата горчицы белой увеличивала содержание гумуса на 0,28% по сравнению с контрольным вариантом, а на лессовых почвах Германии при запашке бобовых сидератов на зеленое удобрение в среднем за 5 лет произошло увеличение содержания гумуса на 0,19%.

Обобщение многолетних исследований ученых Германии также показало, что для достижения бездефицитного баланса гумуса в почве, в зависимости от возделываемых в севообороте культур, необходимо запахивать следующее количество зеленого удобрения: при возделывании зерновых культур - 38 т/га зеленой массы, а при возделывании пропашных - 75-100 т/га [17].

В разложении свежего органического вещества в простые доступные растениям формы важная роль принадлежит почвенной биоте, которая проявляет свои функции через биологические показатели плодородия почвы.

Биологическая активность почвы как один из важных показателей ее плодородия напрямую связана с процессами синтеза и распада органического вещества, и от ее интенсивности в большой степени зависит динамика доступных питательных веществ в почве, а, значит, рост, развитие и продуктивность основных культур севооборота. Она как совокупный показатель разнообразной деятельности микроорганизмов в большинстве случаев находится в прямой корреляции с плодородием почвы и урожайностью растений.

Один из основных тезисов биологического земледелия гласит: «Отмирающее должно стать основой новой жизни...». Звеном, передающим элементы питания из остатков отмирающей органики растительного и животного происхождения, а также из внесенных разнообразных форм органических удобрений (навоз, солома, сидерат, сапропель, торф) в растения служат почвенные микроорганизмы, которые первыми реагируют на любые виды деградации почв. С одной стороны, благодаря своей активности они стремятся поддержать равновесие, а с другой, - первыми страдают от экологических нарушений.

Почвенные микроорганизмы разрушают отмершие остатки растений, поступающих в почву, способствуют перемещению веществ по профилю и перемешиванию органической и минеральной части почвы, а другие микроорганизмы способны оказывать губительное действие на представителей фитопатогенной микрофлоры. Также почвенные микроорганизмы выделяют в процессе жизнедеятельности различные физиологически активные соединения, способствуют переводу одних элементов в подвижную форму и, наоборот, закреплению других в недоступных для растений формах.

Зеленое удобрение повышает активность аммонифицирующих и нитрифицирующих групп почвенных микроорганизмов, в результате чего в почве увеличивается содержание доступных форм нитратного и аммонийного азота. Зеленая масса сидерата сама богата азотом и имеет узкое соотношение углерода к азоту (10:1 - 12:1), что также способствует мобилизации питательных веществ в обрабатываемых слоях почв.

При рациональном сочетании и эффективном использовании различных видов органических удобрений (навоз, солома, сидерат) можно направленно воздействовать на микробиологические процессы, создавая оптимальные условия для жизнедеятельности агрономически ценных групп микроорганизмов, какими являются нитрификаторы, аммонификаторы, азотфиксирующие, целлюлозоразрушающие и другие полезные микроорганизмы, участвующие в процессах синтеза и разрушения гумусовых веществ. Аэробные целлюлозоразлагающие бактерии в процессе жизнедеятельности выделяют слизь, которая участвует в оструктуривании почвы и гумусообразовании. Высвобождающийся при разложении растительных остатков углерод клетчатки в виде различных соединений участвует в создании плодородия почвы, а выделяющаяся углекислота служит источником круговорота углерода в природе и участвует в фотосинтезе органического вещества растениями.

В почвообразовательном процессе и восстановлении плодородия почвы также активно участвует макрофауна, важнейшими представителями которой являются дождевые черви. Почвенные беспозвоночные ускоряют микробиологический распад, размельчая растительные остатки и увеличивая их суммарную поверхность, доступную воздействию микрофлоры, расселению которой они способствуют. Сапрофаги перемешивают органическую часть почвы с минеральной, пропуская эту смесь через свои кишечники, и, таким образом, участвуют в создании зернистой структуры почвы. При активном передвижении беспозвоночных улучшаются дренирование и аэрация глубоких горизонтов почвы, интенсифицируются в них микробиологические процессы.

При интенсивном хозяйственном использовании пахотных земель и изменении структуры посевных площадей с учетом рыночного спроса на сельскохозяйственную продукцию почвенная биота как совокупность растительных и животных организмов приобретает еще большее значение. Ее активность тесно связана с количеством и качеством органического вещества, поступающего в почву, и процессами его превращения. Особой динамичностью эти процессы отличаются в дерново-подзолистых почвах при промывном типе водного режима, создающем часто предпосылки для отрицательного баланса гумуса.

Органические и сидеральные удобрения положительно влияют на нитрификационную и ферментативную активность почвы, повышая активность уреазы на 52%, протеазы - на 45%, инвертазы - на 10%, каталазы - на 17% [3, 18].

Эффект использования зеленого удобрения проявляется также в снижении уровня засоренности посевов сорняками и поражения растений вредителями и болезнями, ограничивающими рост урожайности сельскохозяйственных культур.

Видный ученый-агрохимик Д.Н.Прянишников отмечал, что на сильно засоренных почвах удобрения не смогут оказывать своего полного действия, а иногда даже дадут отрицательный эффект вследствие подавления культурных растений бурно развивающимися на удобренном поле сорняками [19].

Сидеральные промежуточные культуры играют существенную роль в севообороте как способ подавления сорняков. Этому способствуют как своевременная обработка почвы, так и улучшение условий для прорастания семян сорняков под пологом сидератов с последующим их подавлением и уничтожением при запашке зеленого удобрения.

Так, на суглинистых почвах Подмосковья пожнивные сидераты за счет усиления конкурентных взаимоотношений культурных растений и вредных организмов снижали засоренность основных культур севооборота на 30-61 %, пораженность зерновых корневыми гнилями и гельминтоспориозом - на 25-30 % [2].

В Белорусском НИИ земледелия и кормов установили высокую конкурентную способность редьки масличной и рапса ярового по отношению к сорнякам, особенно многолетним, которая проявляется за счет аллелопатического влияния корневых выделений капустных культур на такой злостный сорняк, как пырей ползучий. Однако А.М.Гродзинский [20] считает, что у капустных (рапса, редьки масличной и других) нет прямого влияния в отношении «культурное растение - сорняки», а имеется только косвенное, которое проявляется через деятельность микроорганизмов.

Исследования В.Г. Лошакова [2] показали, что водная вытяжка из зеленой массы горчицы белой, применяемой как пожнивный сидерат, оказывает ингибирующее воздействие на проростки семян наиболее распространенных сорных растений.

Известны также исследования, которые показали, что бессменные посевы и насыщение севооборота зерновыми до 83% сопровождаются высокой степенью поражения растений ячменя и озимой пшеницы болезнями корневых гнилей, вызываемыми грибами Helmintosporium, Fusarium. Запашка зеленого удобрения снижала пораженность растений в 1,5-2 раза, предотвращая недобор урожая от болезней растений. Это связано с тем, что зеленая масса сидератов вызывает бурное развитие сапрофитной микрофлоры, которая ускоряет минерализацию растительных остатков - основного субстрата, на котором развиваются возбудители болезней корневой гнили, снежной плесени и других. Кроме того, при запашке зеленой массы в почве в несколько раз возрастает число актиномицетов, которые являются антагонистами почвенных фитопатогенов [2].

Представляют интерес результаты проведенных в Украине исследований влияния зеленого удобрения (редьки масличной и горчицы) на изменение популяции свекловичной нематоды. Корневые выделения этих культур стимулировали выход личинок из цист в более ранний весенний период, и при недостаточной сумме активных температур они не могли достичь половозрелой стадии и дать новое поколение, за счет чего плотность их популяции снижалась на 30-60 %.

Улучшение условий роста и развития растений при запашке зеленого удобрения повышало урожайность всех сельскохозяйственных культур. По обобщенным данным отечественной и зарубежной литературы, прибавки урожая от сидерации составляют: зерновых культур - 0,4-1,5 т/га, картофеля - 5,0-9,0, сахарной свеклы - 5,0-14,0, зерна кукурузы - 0,9-1,3, гречихи - 0,6-1,0, риса 0,6-1,2 т/га.

Результаты многолетних исследований МСХА им. К.А. Тимирязева в учхозе «Михайловское» показали, что пожнивное зеленое удобрение (горчица белая) на дерново-подзолистых среднесуглинистых почвах как в чистом виде, так и в сочетании с соломой увеличивало продуктивность полевых севооборотов на 17-20 %. При запашке зеленой массы пожнивной горчицы (15-20 т/га) урожайность картофеля повышалась на 49,8%, ячменя - на 50,5%, овса - на 51,2%, зеленой массы вико-овсяной смеси - на 34%.

Разработка экологически безопасных ресурсосберегающих технологий возделывания полевых культур и повышение плодородия почвы неразрывно связано с биологизацией земледелия и энергосбережением, важным звеном которого является использование зеленого удобрения в сочетании с соломой.

Это потребует от сельскохозяйственных производителей научно обоснованного изменения структуры посевных площадей с учетом ввода в схемы севооборота промежуточных культур на зеленое удобрение и использования в качестве удобрения соломы зерновых.

Список использованных источников

1. Воробьев С.А. и др. Пожнивные культуры и солома как органическое удобрение на дерново-подзолистой почве // Изд. ТСХА. 1972. Вып. 3. С. 38-46.

2. Лошаков В.Г. Промежуточные культуры - фактор экологически чистого земледелия // Аграрная наука. 1994. №6. С. 24-26.

3. Лошаков В.Г., Иванов Ю.Д., Синих Ю.Н. Продуктивность зерновых севооборотов при использовании зеленого удобрения // Доклады ТСХА. 1997. Вып. 3. С. 3-20.

4. Лошаков В.Г., Николаев В.А. Влияние длительного применения пожнивного зеленого удобрения на агрофизические свойства почвы // Доклады ТСХА. 1999. Вып. 2. С. 29-40.

5. Лошаков В.Г. Пожнивная сидерация и плодородие дерново-подзолистых почв // Земледелие. 2007. №1. С. 11-14.

6. Казанцев В.П. Использование капустных культур на зеленое удобрение в Сибири //Земледелие. 1998. №4. С. 22-23.

7. Тужилин В.М. Донник на сидерат в Нечерноземье // Земледелие. 1995. №2. С. 8-9.

8. Новиков М.Н. Исследование вопросов эффективного использования различных видов и форм органических удобрений: Дисс. д. с.-х. н., Владимир, 1993. 454 с.

9. Картамышев Н.И. Стратегия и тактика земледелия в условиях рыночных отношений // Земледелие. 1999. №4. С. 10-13.

10. Кант Г. Зеленое удобрение. М.: Колос, 1982. 128 с.

11. Шапкина Г.С. Подбор культур для промежуточных посевов // Земледелие. 1990. №10. С. 36-37.

12. Довбан К.И. Зеленое удобрение. М.: Агропромиздат, 1990. 208 с.

13. Заикин В.П., Ивенин В.В., Румянцев Ф.П., Кривенков С.Ю. Научные основы использования зеленого удобрения в Волго-Вятском регионе / НГСХА. Нижний Новгород, 2004. 271 с.

14. Кормилицин В.Ф. Сидеральный пар в орошаемом земледелии Поволжья // Земледелие. 1995. №4. С. 8-11.

15. Алексеев Е.К. и др. Зеленые удобрения. Минск: Ураджай, 1970. 197 с.

16. Благовещенская Э.К., Тришина Т.Л. Сидераты в современном земледелии // Земледелие. 1987. №5. С. 36-37.

17. Korschens M. Zwischenfruchtanbau zur Futternutzung und Grundungung - ein Beitrag zur Steigerung der Bondenfruchtdarkeit // Feldwirtschaft. 1983. Bd. 24. H. 8. P. 361-367.

18. Волынская В.П. Использование донника на сидерат // Земледелие. 1997. №6. С. 20-21.

19. Прянишников Д.Н. Общие вопросы земледелия и химизации. Изб. соч. Т. 3. М.: Колос, 1965. 639 с.

20. Гродзинский А.М. Экспериментальная аллелопатия. К.: Наукова думка, 1987.

Размещено на Allbest.ru