Фитомелиорация

Анализируя фитомелиоративный потенциал разных растений, культурные растения можно расположить по почвовосстанавливающеи эффективности в ряд: многолетние травы - двулетние бобовые травы - однолетние травы - озимые - зернобобовые - яровые зерновые - пропашные.

Возделываемые культуры оказывают существенное влияние на оструктуренность пахотного слоя почв. Например, при постоянном паровании и под кукурузой содержание агрегатов крупнее 0,25 мм было около 20%, после 6-летнего возделывания пшеницы -18%, под люцерной - 25%. Это еще раз подтверждает известное положение о структурообразующей роли многолетних трав. Частое действие почвообрабатывающих орудий также способствует снижению содержания микроагрегатов в пахотном слое почвы [12].

По мнению П.В.Вершинина, чем больше травы оставляют в почве растительных корневых остатков, тем выше их структурообразующая роль, а корневых остатков в почве после трав будет больше там, где был выше урожай трав. Работа А.А.Плотникова также показывает, что увеличение водопрочных агрегатов идет в соответствии с увеличением урожая трав. При этом, по данным И.Б. Ревута происходит резкое (в 2,5 раза) повышение оструктуренности почвы. П.В.Вершинин отмечал снижение эффекта действия многолетних трав на восстановление структуры почвы к юго-востоку, т. е. к засушливым районам.[15]

Известно, что корневая система растений выступает в роли мощного агента структурообразования, пронизывая почву во всех направлениях густой сетью мелких корешков. Корни могут проникать в почву по трещинам, следам сгнивших корней и корневищ растений, по ходам животных. Корни заселяют также те глубокие слои почвы, где почва мало иссушается, а промерзание сравнительно слабое или мало проявляется. Немаловажную роль играют мелкие корни и корневые волоски, которые могут поселяться и в нерасчлененной части почвы или подпочвы. Даже плотная почва во влажном состоянии не оказывает значительного сопротивления прохождению корневого волоска, нередко имеющего несколько микрон в диаметре. Расчленяющая деятельность мелких корешков распространяется на несколько миллиметров и даже доли миллиметров. В соответствии с этим и размеры структурных комков, образующихся в результате деятельности корней растений, могут быть незначительными [13].

По П.В.Вершинину, процесс рыхления почвы под травами протекает следующим образом: первый год после однолетней зерновой культуры, в которую подсеваются травы, поле начинает уплотняться; ввиду прекращения обработки, рыхлящей почву, и под действием корневых систем развивающихся травосмесей плотность почвы под травами продолжает повышаться. В зависимости от состава травосмеси, удобрительного фона и общих почвенных условий основная масса корней трав создается либо в первый год, либо во второй. Пространства после отмирания корней и корешков в осенне-зимнее время заполняются водой, которая замерзает, расширяет эти ходы, реализуя тем самым агрегатное строение почвы, создаваемое корневыми системами травосмеси. На третий год жизни трав в пахотном горизонте плотность почвы начинает уменьшаться, уплотняющей эффект трав переходит в рыхлящий. И.Б.Ревут, ссылаясь на опыты, проведенные в сельскохозяйственной академии им. К.А. Тимирязева, также подчеркивает значение однолетних и многолетних растений в расчленении почвы и улучшении ее структуры.

По В.Р.Вильямсу, основная схема образования водопрочных агрегатов сводится к тому, что в ходе разложения корневых остатков некоторых растений (при участии соответствующей микрофлоры) образуется деятельный перегной, который пропитывает почвенные комочки и склеивает их, а в дальнейшем это органическое вещество, которое превращает перегной в цемент, претерпевает необратимые изменения (денатурацию).

Исследования Г.Н.Лысака доказывают, что структурные отдельности, образованные под многолетними травами, не разрушаются довольно продолжительное время. Им установлено, что на пятый год после распашки многолетних трав содержание водопрочных агрегатов размером более 3 мм было больше почти в три раза по сравнению с полями зернопропашного севооборота, что привело к повышению водоудерживающей способности, водопроницаемости почвы и оптимизации сложения.

Это связано с тем, что многолетние травы оставляют после себя в почве пожнивных и корневых остатков в 3-4 раза больше, чем зерновые культуры. Многолетние травы являются источником образования свежего перегноя, способствующего повышению содержания гумуса, который принимает активное участие в образовании почвенной структуры почвы. Кроме того, многолетние травы непосредственно воздействуют на почву своей мощной корневой системой и оказывают механическое воздействие на образование почвенной структуры. В итоге повышается противоэрозионная устойчивость почвы.

Одним из древнейших способов улучшения структурного состояния почвы является оставление старопахотной почвы под залежь на 15-20 лет. В течение этого периода происходит на поле постепенная смена сорняков пыреем, а затем растительностью, свойственной целине (злаки, ковыль, типчак, разнотравье). Обильная корневая система, дернина трав, активная деятельность микроорганизмов приводят со временем к увеличению водопрочных структурных агрегатов и восстановлению почвенного плодородия.

О влиянии отдельных видов злаковых многолетних трав на структуру почвы в литературе относительно мало информации. Имеются данные общего характера о воздействии на почву некоторых степных сообществ с доминированием злаковых видов (ковыльно-разно-травные, ковыльно-типчаковые и т.д.). Причем структурное состояние почвы под этими сообществами зависит от степени испытываемого пресса: эрозионные процессы, выпас и выгон скота и т. д.

Некоторые исследования были направлены на изучение оструктуривающей способности сеяных видов многолетних злаковых трав. В качестве эффективного компонента севооборотов для почвооструктуривания Х.Г.Терегуловым был предложен кострец безостый. На сегодняшний день эта культура возделывается повсеместно.

В отличие от злаковых, многолетние бобовые травы являются источником почвенного органического вещества, богатого азотом. Они поддерживают плодородие почвы на высоком уровне. Многолетние бобовые травы, в отличие от однолетних, обладают высокой конкурентной способностью по отношению к сорнякам. На второй -- третий год произрастания они подавляют сорную растительность. Полезное действие бобовых длится в течение нескольких лет. Исследования академика Н.И.Саввинова свидетельствуют о том, что корневая система однолетней культуры играет большую роль в расчленении почвы на макроструктурные отдельности. В зонах достаточного увлажнения почва под действием корневых систем травянистой растительности приобретает способность крошиться на агрегаты. Некоторые однолетние культуры отличаются очень развитой корневой системой. Так, отмечая преимущество многолетних трав по накоплению корневой массы, Н.А.Качинский подчеркивал, что и однолетние травы формируют значительное количество подземной фитомассы.[13]

Среди однолетних культур особо следует отметить озимые, которые имеют большое значение в защите почв от эрозии. В наиболее критические периоды развития водной эрозии весной во время снеготаяния и стока поверхностных вод озимые культуры, как и многолетние травы, разбивают водные потоки на более мелкие ручейки, не дают им концентрироваться в более крупные водные потоки, замедляют скорость течения, что способствует защите почвы от смыва. Ветровая эрозия проявляется осенью, зимой и весной до появления растительного покрова. В этот период озимые культуры защищают почву от выдувания.

В отличие от озимых, яровые зерновые рядового посева относятся к культурам, способствующим развитию эрозии почвы. Защитить почву от выдувания они в состоянии только в поздние фазы вегетации, а во время ливневой и ветровой эрозии пропашные культуры не в состоянии защитить почву от смыва и выдувания, так как большая площадь остается незащищенной растительным покровом. Эти культуры требуют ежегодной основной обработки почвы. При длительном их возделывании без применения удобрений происходит ухудшение физических свойств почвы, а главное -- распыление почвенной структуры.

Г.Н.Лысак показал уменьшение содержания водопрочных структурных комочков в полях зернопропашного севооборота, хотя при сухом просеивании содержание макроагрегатов было довольно высоким. Количество фракций размером более 0,25 мм и 1 мм снижается в несколько раз, что связано с уменьшением содержания гумуса и органического вещества. Это позволяет сделать вывод, что при возделывании однолетних культур в почве содержатся в большом количестве ложно-структурные агрегаты, которые образовались при механическом сдавливании почвы и склеивающем воздействии почвенной влаги. Эти непрочные агрегаты легко разрушаются при механическом воздействии.

Несколько большее значение имеют однолетние травы, дающие отаву, у которых корневая система остается живой и деятельной после скашивания надземной массы (вика, суданская трава и др.). Под ними происходит значительное повышение водопрочности агрегатов и повышение содержания органического вещества [12].

Хотя большинство авторов к наилучшим «структурообразующим» культурам относят многолетние травы, в условиях Зауралья, по мнению Т.С.Мальцева, они дают низкий урожай и поэтому их следует заменить однолетними травами, высеянными по дискованной стерне. В таком случае однолетние травы сохраняют уплотнение почвы в нижней части пахотного слоя, приобретенное в конце года в результате посева зерновых культур. В результате по эффективности крошения почвы однолетние травы почти приравниваются к многолетним травам.

Однако большинство авторов считает, что освоение в пашню естественных кормовых угодий и замена естественных травяных формаций посевами, в основном однолетних культур, приводят к снижению интенсивности гумусонакопления, а также вызывают увеличение поверхностного стока талых, ливневых, ирригационных вод и смыв почвы. В этом отношении особо выделяются пропашные культуры, на посевах которых наблюдается наибольший смыв почвы ввиду наличия свободных от растений междурядий и распыленности почвы под влиянием многократных обработок. На посевах кукурузы твердый сток в 60 - 300 раз больше, чем под многолетними травами или сомкнутой естественной растительностью и в 10 раз больше по сравнению с озимой пшеницей [13].

По данным Г.Н.Лысака большинство пропашных культур, за исключением сахарной свеклы, высеваются в более поздние сроки, до их посева проводят 2--3 поверхностные обработки. В период их роста проводится несколько обработок междурядий. Такое большое количество механических обработок приводит к ухудшению физических свойств почвы. Обработка междурядий способствует распылению структуры верхних слоев почвы, созданию аэробных условий, способствующих разложению гумусовых веществ.

Наряду с деградацией почвы, протекает и обратный процесс восстановления структуры. Однако его темпы значительно отстают от темпов разрушения структуры, так как обогащение органическим веществом и улучшение структурно-агрегатного состава под пропашными культурами происходит только в почве, которая непосредственно прилегает к корням растений. Этого далеко недостаточно для компенсации потерь, связанных с технологией возделывания [12]. Во время ветровой и водной эрозий пропашные культуры не в состоянии защитить почву от выдувания и смыва. В образцах почвы, взятых на паровом поле и под кукурузой, содержится наименьшее количество эрозионно-устойчивых комочков.

С целью повышения продуктивности агроэкосистем и для улучшения качества корма, устойчивости травостоев часто применяются не чистые посевы трав, а смешанные: двух-, трехкомпонентные смеси и еще более сложного состава. Есть мнение, что под травосмесями оптимизация структурного состояния и восстановление плодородия почвы происходят несколько лучше.

Эффект действия смесей многолетних трав (клевер в смеси со злаками на севере и люцерна, одна или в смеси со злаками, в орошаемом хозяйстве на юге) заключается в том, что они обогащают почву большим количеством органического вещества, содействуют интенсивной деятельности червей и насекомых, вызывают бурную активность грибов, бактерий, актиномицетов, способствуют появлению свежих продуктов их жизнедеятельности и автолизу. Все это в совокупности за короткий период (2-4 года) приводит к значительному улучшению структурного состояния почв и появлению водоустойчивых структурных агрегатов. Бобово-злаковые травосмеси, при нормальном развитии их, содержат более мощную корневую систему, которая равномерно распределяется в корнеобитаемом слое и в особенности в ее верхней части. Такое распределение корневой системы обеспечивает равномерное распределение и гумуса.

Бобово-злаковые смеси однолетних культур (особенно чины посевной и гороха посевного с суданской травой) не только повышают урожай и его качество, но и являются почвощадящими культурами. При их возделывании улучшается структурно-агрегатный состав чернозема обыкновенного. Содержание агрономически ценных агрегатов составляет 69,8 - 88,5 %, что выше на 14,7-26,4% по сравнению с почвой под яровой пшеницей. Вследствие этого, а также более равномерного распределения корневых систем растений в смешанных посевах создаются оптимальная плотность и пористость почвы. Кроме того, более равномерное распределение травостоя по площади и повышение проективного покрытия способствует повышению почвоохранной роли смешанных посевов, а также подавлению сорняков. К тому же бобовые компоненты смеси накапливают значительное количество азота, что благотворно сказывается также в урожае и качестве урожая небобового компонента смеси [12].

Накопление гумуса в почвах зависит от соотношения трех основных процессов - разложения органических остатков, синтеза гумусовых веществ и закрепления их в почве. Биосинтез гумуса зависит от таких климатических агентов, как температура и увлажненность почв; также необходимым условием гумификации является высокая биохимическая активность почв. Однако исходное количество растительных остатков не полностью превращается в гумусовые соединения.

Как известно, отмершая часть корневой системы растений, а также их корневые выделения приводят к обогащению почвы органическими остатками. В процессе разложения этих остатков микроорганизмами в почве накапливаются в первую очередь гумусовые вещества и азот. Многочисленные исследования показали, что образование гумуса происходит за счет разложения корневых остатков растений и отмерших микроорганизмов. При этом основным источником образования гумуса под многолетними травами являются их отмершие корни, количество которых может составлять до 50% от продуцируемой ежегодно общей корневой массы.