Биологизацин земледелия - стратегия его развития в XXI в

Получение высоких урожаев доброкачественной растениеводческой продукции немыслимо без удовлетворения растений в необходимых жизненных факторах. Еще в 1907 году Д.Н. Прянишников обосновал, что, зная потребности растения и свойства среды его обитания, мы можем найти приемы для такого воздействия на эту среду (а иногда и на само растение), чтобы согласовать свойства среды с потребностями растений. Крупнейший биолог, академик Н.И. Вавилов считал, что химизация земледелия ставит на очередь вопрос о селекции на отзывчивость сорта к удобрениям. Это положение великого ученого актуально и поныне.

В современном сельскохозяйственном производстве еще далеко не исчерпаны возможности новых районированных сортов. Это обусловлено главным образом дифференциацией или различиями уровней плодородия почв и земельных массивов, что создает несбалансированность элементов питания растений, а также несоблюдением агротехники и мер защиты растений.

При современных системах земледелия загрязняя окружающую среду и увеличивая энерго- и ресурсные затраты на каждую дополнительную пищевую калорию -около 20...60% азотных, 70...80% фосфорных и более 50% калийных удобрений, до 60...90% поливной воды, тогда как потенциальная урожайность сортов и гибридов реализуется всего лишь на 20...30%. Резкое сокращение числа культивируемых растений, широкое использование генетически однородных сортов и гибридов, применение пестицидов привели к появлению более агрессивных и вирулентных патогенов, к усилению вредоносности насекомых и сорняков, расширению процессов деградации почв. Между тем даже примитивные системы земледелия (подсечно-огневая, переложная) базировались на понимании необходимости восстановления плодородия почвы, размещения растений с учетом особенностей почв, рельефа, макро- н микроклимата.

Обострившиеся в настоящее время экономические и экологические проблемы требуют значительных изменений агротехнологий в сторону их биологизации и ресурсосбережения, но с обеспечением рентабельности сельскохозяйственного производства. Поэтому современное земледелие во всем мире развивается в этом направлении, хотя мотивация этого развития в странах Запада и России несколько различна. На западе достижение высокой продуктивности земледелия происходит за счет биологизации и внесения высоких доз минеральных удобрений. В нашей стране из-за обострившихся экономических проблем разрабатываются технологии, исключающие применение дорогостоящих минеральных удобрений и химических средств защиты растений, а основанные на севооборотах с высоким насыщением зернобобовыми и бобовыми культурами, широким использованием сидеральных и бактериальных удобрений, соломы и биологических стимуляторов роста растений.

Научному обоснованию этого направления земледелия посвящены исследования лаборатории агроэкосистем с зернобобовыми и крупяными культурами ВНИИЗБК и Орловского областного управления сельского хозяйства и природопользования.

Результаты исследований и их обсуждение.

По почвенному покрову Орловская область занима- ет переходную почвенную зону - от дерновоподзолистых почв к черноземам. В целом область разделена на три почвенно-климатические зоны - Западную, Центральную и Юго-Восточную. В Западной зоне преобладают агроландшафты (78%) на светло-серых и серых лесных почвах (Волховский, Дмитровский, Кромской, Троен я некий, Урицкий, Сосковский, Орловский, ХотынецкиЙ, Шаблыки нс кий, Знаменский районы). В Центральной зоне (Свердловский, Глазуновский, Зале го щенский, Мценский, Новосильский, Кор-саковский, Покровский, Малоархангельский районы) преобладают агроландщафты темно-серых лесных почв (30%) и оподзоленных черноземов (37%). В ЮгоВосточной зоне (Должанский, Колпнянский, Ливенский, Верховский, Новодеревеньковский, Краснозорен-ский районы) преобладают агроландшафты выщелоченных и оподзоленных черноземов (80%).

Серые лесные почвы в области занимают 953 тыс. га площади сельхозугодий (46,3%) и 876,6 тыс. га площади пашни (52,8%). По гранулометрическому составу в сельхозугодьях и пашне преобладают тяжело-, средне- и легкосуглинистые разновидности, занимающие соответственно: 51,0 и 52,9%, 37,4 и 36,0%; 10,3 и 10,1%; супесчаные и песчаные почвы занимают 1,3 и 1,1%. Термические ресурсы достаточны для обеспечения теплом многих сельхозкультур. Это означает, что по своим генетическим свойствам сельхозугодья и пашня области располагают плодородными почвами.

На характер использования сельскохозяйственных земель большое влияние оказывает рельеф. Сельхозугодья с уклоном поверхности более 2° занимают 710 тыс. га, а на пашне -418 тыс. га. Такой рельеф, наличие легких почв, необоснованная агротехника, ливни и активный ветровой режим обусловили широкое развитие водной и ветровой эрозии. Эрозионно-опасных зон и эродированных почв в сельхозугодьях и пашне области имеется более 1150 тыс. га. В результате Чернобыльской аварии в области имеются значительные площади земель, загрязненных радионуклидами.

В условиях Орловской области и юга Нечерноземья РФ в целом кислотность и гранулометрический состав почв, содержание в них гумуса, подвижного фосфора и обменного калия являются определяющими при освоении систем земледелия и применения удобрений. Данные нескольких туров агрохимических обследований (1965...2002 гг.) показывают, что в области наблюдается устойчивая тенденция снижения содержания гумуса, подвижного фосфора и обменного калия, площади слабокислых почв уменьшаются и почти в 2 раза увеличились площади сильнокислых почв. Кислые почвы в целом занимают больше 70% площади сельхозугодий и пашни, почвы с очень низким содержанием подвижного фосфора - 25,5%, обменного калия - 31,7% и с низким содержанием гумуса - 23,9%. Причем отметим, что в последние годы резко сократились площади агрохимических обследований почв, поэтому следует говорить о том, что площади деградации земель значительно больше.

Ситуация со снабжением человечества адекватным количеством продуктов питания и промышленность сырьем во второй половине XX в. могла стать катастрофической, если бы аграрной наукой не были найдены пути резкого и быстрого повышения продуктивности сельскохозяйственных культур на принципах интенсификации земледелия. Это дало возможность сельхозтоваропроизводителям мира получать невиданные ранее урожаи. Так, производство зерна в мире было увеличено с 630 млн. т в 1950 г. до 1970 млн. т в 1990 г. За это же время использование минеральных удобрений в мире увеличилось в 10 раз (с 14 до 140 млн. т). Однако при этом возникли экологические проблемы.

Таблица 1 - У			рожайность озимой пшеницы в зависимости от удобрений (стационарный опыт 1998... 1999 гг.)
<	по ё	и ё	Зерно при влажности 14% и 100% чистоте
			■••iif По люпину					По овсу					Прибавка от люпина по факторам
			1998 г.	1999 г.	среднее за два года			1998 г.	1999 г.	среднее за два года			Прибавка от люпина
					среднее по вариантам (ц/га)	среднее по факторам	%			среднее по вариантам (ц/га)	среднее по факторам	%	по факторам	%
1	1	t	39,0	29,4	34,2	А(=37,9	163	18,1	22,9	20,5	А ,=30,6	lOU	7,3	24
		2	47:0	37,8	42,4	А2=38,3	10)	28,1	33,2	30,7	А,=31,3	102	7,0	22
		3	44^1	42,0	43,1 "			38,4	33,4	13%
		4	42%	38,8	40% '			40,2	31,7	36,0
	2	1	33,8	29,9	31,9	В,=з9,7	кят	18,8	26,5	22,7	Bi=3O	1ои	9.7	32
		2	413	41,1	41’2	В?36,6	92“'	20,9	33,2	27,1	В!=31.9"	1о6	4,7“	15
		3	31'6	35,7	33,7			32Х	37,8	35,1
		4		35,4	36,2 “1			34,9	37,8	36,4
2	1	1	39%	31,4	35,4	с,=зз%	кит	19,1	25,0	22,1	С|=23,5	loo	10,4	44
		2	462	"38%	42,4	С?=41,5	122	21,1	26,2	23,7	С,=27,2	Пб	14,Г	53
		3	42,8	42,8	42,8	С3=39,4	116	39,9	3372	36,6	С3=36,6	156	ЭД	8
		4	39,3	33,5	’ 36,4 "	<2^=3777	■■'ИТ'	40,2	29,0	34,6	С4=36%	156	1.1	3
	2	1	34,5	33,5"	34,1			19,3	37,6	28,5
		2	41'1	38'9	4о;о '			24,3	30,0	27,2
		3	42,3	33,9	38,1			37,8	39,3	18% "
		4	42,7	32'0	37,4			39,4	39,0	39,2

Примечание: А - органические удобрения (0 и 80 т/га), В - известь (0 и 1,0 Hr), С-минеральные удобрения (О. Р, К,

N03PK, NWPK)

Длительное и систематическое применение высоких доз минеральных удобрений приводит к накоплению в почве токсичных веществ вообще и балластных компонентов минеральных удобрений в особенности. Так, с 1 т фосфорных удобрений в почву может поступать до 150 кг фтора, с 1 т калийных удобрений - до 600 кг хлора. Особую опасность представляют также такие примеси как мышьяк, свинец, кадмий, стронций и другие элементы, которые зачастую содержатся в минеральных удобрениях. Это явление следует рассматривать не только как изменение свойств почвы, но и как нарушение экологического равновесия, которое быстро не восстанавливается.

Наблюдаемое заметное снижение плодородия этих почв требует разработки ресурсе- и энергосбере!ающих агротехнологий, позволяющих оптимально и экологически безопасно воспроизводить их плодородие, при уменьшении применения средств химизации. Тип наиболее распространенной почвы и процессы ее деградации послужили основанием для проведения исследований в стационарных опытах, которые были заложены в 1975... 1983 гг. Цель и задачи исследований включали изучение комплексного окультуривания серой лесной почвы в севообороте с зернобобовыми и крупяными культурами. Изучалось 6 схем зернопаровых, зернотравяных и зернопаропропашных севооборотов, в которых возделывались озимая пшеница, озимая рожь, кормовая свекла, просо, горох, люпин, гречиха, ячмень, т.е. наиболее распространенные в области культуры. В опытах применялись органические удобрения (навоз КРС) и минеральные удобрения (NPK), мелиоранты (известь, доломитовая мука). В одном из стационаров применялись цеолиты Хотынецкого месторождения, которые по аббревиатуре названы ХОТЫЛИТОМ. г '

Годы исследований по сложившимся погодным условиям характеризуются как контрастные, но в целом они повторяют среднемноголетние климатические закономерности, поэтому полученные в экспериментах данные и статистические показатели объективно характеризуют выявленные закономерности и особенности использования серых лесных почв в земледелии Орловской области.

За две ротации севооборотов выявлено четкое положительное действие навоза на снижение кислотности и повышение доступных форм NPK в пахотном слое почвы вообще и в слое 0... 10 см в особенности. Внесение доломитовой муки также снижает кислотность почвы и повышает содержание в ней обменного калия. Совместное применение навоза и доломитовой муки эти действия делают еще более заметными.

Положительное действие минеральных удобрений наблюдалось на содержание доступных форм NPK в почве, а на реакцию почвенного раствора они действовали отрицательно и наиболее всего в вариантах без навоза и извести.

В табл. 1 показано, что положительное влияние комплексного окультуривания почв на продуктивность культур отразилось уже на первых культурах зернопаропропашного севооборота. Так, урожайность озимой пшеницы в среднем за 3 года колебалась от 45,3 до 56,8 ц/га, кормовой свеклы -625... 1005 ц/га, проса - 20,6...31,7 ц/га при этом внесение извести обеспечивало увеличение урожая первой культуры (озимой пшеницы) на 8%, второй (кормовая свекла) - на 15%, третьей (просо) - на 29%. Навоз прибавку урожая дал соответственно 16%, 38% и 19%,

Таблица 2-Уровень симбиотической фиксации атмосферного азота у гороха в зависимости от удобрений (стационарныйопыт, 1993...1995 гт,).

Факторы опыта			Накоплено азота в биомассе гороха(кгУга)				В том числе фиксировано из воздуха (%)
А органические удобрения	известковые удобрения	С минеральные удобрения	1993 г.	1994 г.	1995 г.	Среднее заЗгода	1993 г.	1994 г.	1995 г.	Среднее заЗгада
Без удобрений	Без удобрений	Безудобр.	1W	1913	88,2 "	753,Г"	4X9"'	34,8	22,3	44X3
			2078	215,4	106,8	176,0	46,2	56,0	36,0	46,1
	Известь по 1,0 Нг	Безудобр.	196,7	203,4	109,8	169,7	41,6	46,9	270	38,3
		рХ	2092	205,6	111,0	8752		307'	19%	420
Навоз 80 т/га	Безудобрений	Безудобр.	200,0	221,0	106,2	1759	39,8	46,2	26,2	37,4
			Щ4	226,0	125,3	1912	48,3	528	34,5	45,2
	Известь по 1,0 Нг	Безудобр.	1%0	102	"717"	173,3	3675'	429	33,1	37,5
			Г 218	235,0	135,1-	194,3	40,5	477	37,8	4^0

Mi

Весь комплекс удобрений и мелиорантов урожай озимой пшеницы увеличил до 25%, кормовой свеклы -на 43% и проса - на 53%.Фосфорно-калийные удобрения на фоне извести дали прибавку 44,7 ц при окупаемости 1 кг д.в. 8,8 кг, на фоне навоза 68,9 ц и 13,5 кг д.в., а на фоне известь + навоз -70.1 ц и 13,7 кг на 1 кг д.в. внесенных удобрений. Азотные удобрения наиболее эффективными были в вариантах с одной известью, а также без извести и навоза. Прибавка урожая зерна по этим вариантам составила от 48,3 до 59 и или от 7,5 до 9,2 кг на I кг д.в.

Таблица 3 - Сравнительное действие биологического азота корневых, пожнивных остатков и минеральных удобрений на урожайность ячменя, ц/га
1 !ре.иисстнс1мик ячменя	Дазы азотных удобрений пол ячмень (юУгадв.)
	0			90
Овес	34.1	" 38.8	393	413
Горох	38.7	40.7	42,1	40.4
Яровая пика	40,5	432	41.4	42,6
Кормовые бобы	41.2	" 43.4	43.4	43,6
Ливши белый кормовой	зад	42,4	41.6	40.7
Фасоль	39.4	403	40.9	40.6
НСРоа по фактору: азотные удобрения t 2.2 ц/га предшественник 12.9 ц га

Зернобобовые культуры обеспечивают в севообороте увеличение выхода сухого вещества основной продукции на 10... 13%, способствуют сокращению энергозатрат в сумме и на единицу сухого вещества, на коэффициент использования энергии, накопленной в основной продукции на II... 14% и более чем в 20 раз сокращают затраты биогенной энергии почвы (гумуса. NPK). Положительный энергетический баланс в почве (по гумусу и NPK) в севообороте с зернобобовыми создастся уже при внесении небольшой (3,7 т/га) дозы органических удобрений. Дополнение органических удобрений фосфорно-калнйнымн в севооборотах с зернобобовыми увеличивает положительный энергетический баланс почвы с 330 до 1900 МДж. а в севообороте без зернобобовых он оставался отрицательным и его положительный характер складывается при внесении 280 кг/га д.в. минерального азота

Зернобобовые уменьшают расход гумуса на выращивание культур севооборота. Если в севообороте без бобовых из гумуса расходовалось 21 МДжта. то с введением поля гороха только 13,3 или на 32% меньше, а введение 2-х полей позволило иметь бездефицитный баланс. Введение в севооборот поля клевера с двумя годами жизни позволило уже экономить 8.9 МДж га из гумуса почвы.

Высокая энергетическая эффективность возделывания зернобобовых культур подтверждаются и в производственных условиях (ОПХ «Стрелецкое»). Так. у гороха энергетический коэффициент составляет 5,32. а ячменя 5.63. озимой пшеницы по гороху - 7,21, а по пару 2,87 или 2,5 раза выше

Слеловагельно. с учетом последействия зернобобовых энергетическая эффективность превышает яровые зерновые минимум в 1.5 раза.

Под действием зернобобовых и минеральных удобрений происходит заметное увеличение содержания сырого протеина в зерне озимой пшеницы. Наблюдается и последействие зернобобовых на некоторое увеличение содержания сырого протеина в зерне.

Выявленное положительное влияние зернобобовых культур на продуктивность культур, качество продукции и плодородие почв объясняется еще и тем. что повышается биологическая активность почвы, увеличивается количество дождевых червей. Наибольшая биологическая активность отмечена в полях с сидератом люпина, которая составила 48.6...51,7% (на котгтроле она равня- лась 17J...30.8%). На этих же вариантах наибольшей была численность и биомасса червей соответственно 62...70 экз/м" и 54,8...62.1 г/м" (на контроле численность составила 13...34 экз/м" и биомасса - 25...26,7 г/м*), т.е. в 1,8...5,4 и в 2,0...2,5 раза большем, чем на контроле. Это объясняется тем, что при разложении сидератов в почве выделяется много энергии, необходимой для питания микроорганизмов и при этом сохраняется больше запасов влаги, что также является одним из оптимальных условий биологической активности почвы и численности в ней червей. При этом на биологическую активность почв и численность червей большое влияние оказывают погодные условия во влажные годы их показатели выше, а в засушливые - меньше.

Таблица 4 - Поступление азота, фосфора и калия в севооборотах с различной насыщенностью бобовыми культурами (за 1 ротацию с/о).
% насыщенности севооборотов бобовыми культурами	ральные и органические >лобре-' НИЯ	( смена и посадочный машриал	Корневые и пожнивные оеппки	( имбио-нгнхкая фиксация	Всего поступ-.тений за со
Азот
1 - без бобовых	2/11	23	167	-	389
2 - 33.3 (клевер, горох)	160	30	276	207	672
.3 - 333 (горох, вика-овес)	140	39	170	71	419
4-50 (Горох, вика-овес, люпин на сидерат)	254	44	291		286
5 -16.7(1 орох)	146	33	220	50      442
1	260	9	59	•	зяг
2           ""	220	10	93	•	322
3	220	14	55	•	289
ц	284	13	«8
[5	240	13	М		317
	130	24	146		399
	175	11	139		325 1 " 36Г
|з	225	29	107	•
	385"	15	172	•	572
5	225	28	161	•	414

Примечание наблюдались 5 схем севооборота* 1- пар черный, оз. пшеница, картофель, кукуруза на силос оз рожь, гречиха; 2 - клевер 1г пользования, оз. пшеница, гречиха, горох. оз рожь, овес * клевер. 3 горох. оз пшеница. картофель. вика-овес, оз рожь гречиха. . пар сидеральный (люпин), оз пшеница, горах, вика-овес. оз. рожь, гречиха. 5 кукуруза на силос, оз пшеница, карта фель. горох, оз рожь, гречиха

Кроме того, в зерновых севооборотах роль зернобобовых культур существенно возрастает из-за того, что они выполняют фитосанитарную роль, снижая отрицательные последствия высокого насыщения севооборотов зерновыми колосовыми культурами (значительно уменьшается количество инфекции корневых гнилей в почве после гороха и горохово-овсяной смеси по сравнению с бессменными посевами пшеницы и ячменя). Так. после гороха на I г почвы приходилось 46,5 Helminthospozium Sativum, в том числе 31.5 проросших, а после бессменной пшеницы их число достигало 102,5, в том числе проросших 99, после ячменя соответственно 93,3 и 80,0. Опытами установлено, что для оптимального роста и развития гороха и люпина, а также интенсивной фиксации атмосферного азота необходимо. чтобы наряду с благоприятными метеоусловиями в питательной среде были необходимые количества фосфора и калия. Так. люпин отрицательно реагирует на повышение лоз азота и фосфора, но хорошо отзывается на калий. Горох более требователен к наличию в питательной среде фосфора.

Признано, что все зернобобовые культуры проявляют высокую отзывчивость на микроудобрения вообще и молибденовые в особенности. Нет общего мнения в отношении применения под зернобобовые азотных удобрений. Высказываются суждения, что зернобобовые не нуждаются в минеральном азоте (они способны обеспечить себя и другие культуры севооборота), другие - что надо применять небольшие (10. ..30 кг/га) дозы азота, третьи - признают применение средних (45...60 кг/га) доз азота, четвертые, что надо отказаться от симбиотического азота вообще и зернобобовые возделывать только на минеральном азоте, ограничиваясь урожаем 10... 15 ц/га.

На наш взгляд, фактор симбиотической фиксации азота у зернобобовых - это очевидный природный фактор, который отрицать нельзя, а надо создавать для этого процесса благоприятные условия, чтобы оптимизировать его для рационального использования в земледелии.

Наукой и практикой признается, что сидеральный пар бобовых и зернобобовых культур по своему влиянию на продуктивность растений и почв приравнивается к чистому унавоженному пару. К тому же 1 тонна органики сидерата в 2...3 раза дешевле навозной, причем сидератам можно не отводить отдельные поля, а возделывать их промежуточными культурами — на полях севооборота в свободной от основной культуры период (до посева или после уборки). Применение минеральных удобрений в такой системе земледелия приобретает подчиненное значение. Они используются только в критические периоды жизни растений и развития почвенных процессов, когда естественное восстановление почв невозможно. Это, с одной стороны, снижает уровень химизации, а с другой - значительно повышает окупаемость туков, снижает потребность в них сельского хозяйства. Кроме того, в такой системе земледелия воспроизводства почвенного плодородия и Применения удобрений, улучшается (и повышается) качество сельскохозяйственной продукции как растениеводческой, так и животноводческой, что обеспечивает получение экологически безопасной продукции.

Таким образом, главным требованием к технологиям земледелия выступают как частные вопросы возделывания культур, так и приемы получения высококачественного экологически безопасного пищевого, кормового и промышленного сырья, обоснования теоретических и практических аспектов интенсификации полеводства, уменьшения в нем техногенной нагрузки. Последнее особенно злободневно для семеноводства и выращивания в производстве зернобобовых и бобовых культур, что, с одной стороны, является необходимым элементом ландшафтного земледелия, а, с другой -требует больших затрат на защиту посевов от вредителей и болезней (обработка пестицидами). К тому в технологии возделывания зернобобовых культур требуют специальной техники, особо «узким» местом которых остается уборка. В системе мер, сокращающих техногенные нагрузки, интересны разработки по замене химических средств физическими и биологическими, а также биологически активными препаратами и подборе комплекса химических средств, имеющих при совместном применении синергический эффект. Установлено, что на все культуры положительно влияет обработка семян гуматом калия или натрия, иммуностимулятором симбион. Смесь тирама + карбосульфат + оксадик-сил в 1,5...2 раза снижает расход инсектицидов при этом значительно угнетается вредная микрофлора семян, улучшаются их посевные качества, растения защищаются от некоторых гнилей.