Применение органических удобрений в засушливых условиях Волгоградской области

DOI:

Проблема сохранения и повышения плодородия почв приобретает особую актуальность в условиях засушливого земледелия, где лимитирующим фактором продуктивности агроценозов является недостаток влагообес-печенности. Волгоградская область, расположенная в засушливой зоне Поволжья, характеризуется специфическими почвенно-климатическими условиями, требующими особых подходов к управлению плодородием земель сельскохозяйственного назначения [8–18; 44]. Дефицит атмосферных осадков в вегетационный период, высокие температуры воздуха и интенсивная инсоляция создают предпосылки для деградации почвенного покрова и снижения его биологической активности.

Органические удобрения традиционно рассматриваются как базовый элемент системы воспроизводства плодородия почв, обеспечивающий не только поступление элементов питания растений, но и улучшение физико-химических и биологических свойств почвы [4; 20].

Целью настоящего обзора является систематизация научных данных о влиянии органических удобрений на плодородие почв в специфических условиях засушливого климата Волгоградской области и оценка перспектив их использования в региональных системах земледелия.

Воспроизводство плодородия почв при использовании органических удобрений

Плодородие почвы – это интегральная характеристика, определяющая способность почвенного покрова обеспечивать растения необходимыми элементами питания, влагой и создавать оптимальные условия для их роста и развития [19]. Воспроизводство плодородия почв – это непрерывный процесс, направленный на поддержание и улучшение совокупности свойств почвы, формирующих ее продуктивный потенциал [13]. В условиях интенсивного сельскохозяйственного использования земель происходит постепенная минерализация органического вещества почвы, вынос элементов питания с урожаем и развитие дег-радационных процессов, что требует компенсации потерь с помощью системы агрохимических мероприятий.

Органические удобрения выполняют множество функций в системе воспроизводства плодородия почвы, выступая одновременно в качестве источника питательных веществ, субстрата для почвенной биоты и структурообразующего агента [35]. Трансформация органического вещества удобрений в почве представляет собой сложную последовательность биохимических процессов, в результате которых происходит высвобождение питательных веществ в доступных для растений формах и синтез специфических гумусовых соединений [23]. Скорость и характер минерализации органических удобрений определяются их химическим составом, влажностью и температурой почвы, интенсивностью биологической активности микроорганизмов.

Эффективное плодородие почв, характеризующее реальную способность почвы обеспечивать урожайность сельскохозяйственных культур в конкретных условиях выращивания, напрямую зависит от содержания и доступности питательных веществ [10]. Органические удобрения обеспечивают постепенное и пролонгированное высвобождение азота, фосфора и калия, что соответствует физиологическим потребностям растений на разных этапах онтогенеза. Положительный эффект применения органических удобрений проявляется в том, что значительная часть внесенных с ними питательных веществ переходит в доступные формы не в первый год после внесения, а в последующие годы, обеспечивая стабильность питательного режима почвы.

Взаимосвязь плодородия почвы и продуктивности земель носит сложный характер и обусловлена множеством факторов агротехнического и климатического порядка [30; 31]. Различные севообороты в засушливых условиях характеризуются неодинаковой продуктивностью, что связано как с биологическими особенностями культур, так и с их влиянием на плодородие почвы [18]. Определение оптимальной потребности в органических и минеральных удобрениях требует учета исходного агрохимического состояния почв, планируемой урожайности культур и коэффициентов использования элементов питания [31].

Агрохимические аспекты применения органических удобрений в засушливых условиях

При анализе литературных данных определены наиболее значимые факторы применения органических удобрений в зоне рискованного земледелия с засушливым климатом. К таким факторам относятся: влияние на агрономическую структуру и водный баланс почв; влияние на почвенную микробиоту; компоненты питания растений; особенности агротехнических приемов внесения удобрений; роль агрохимического мониторинга почв и экономическая эффективность применения органических удобрений. Рассмотрим научные исследования, связанные с перечисленными факторами.

Влияние на агрономическую структуру и водный баланс почв. Особую значимость применение органических удобрений приобретает в засушливых условиях, где их влияние на водно-физические свойства почв становится определяющим фактором продуктивности агроценозов и адаптации культурных растений [22; 34; 44]. Эффективность применения органических удобрений проявляется, прежде всего, в их способности оптимизировать водный режим почв и повышать коэффициент использования растениями ограниченных запасов влаги. Органическое вещество способствует формированию водопрочной структуры почвы, снижению интенсивности 42

физического испарения влаги с поверхности и увеличению инфильтрационной способности почвенного профиля. Эффект от применения органических удобрений в этом аспекте сохраняется в течение нескольких лет, обеспечивая постепенное улучшение агрофизических характеристик почвы [12; 34]. Данные факторы играют важную роль в условиях недостатка влаги особенно в летний период, что характерно для Волгоградской области.

Влияние на почвенную микробиоту. Биологическая активность почвы, являющаяся важнейшим показателем ее плодородия [42], существенно возрастает при систематическом применении органических удобрений. Органическое вещество служит энергетическим материалом для почвенных микроорганизмов, численность и видовое разнообразие которых увеличиваются при его поступлении в почву [7; 16].

В исследовании [37] показано, что применение органического удобрения животного происхождения увеличивает содержание био-доступного азота, что в свою очередь активизирует полезную почвенную микробиоту.

Исследования повышения плодородия почв в засушливом регионе показали, что внесение органических удобрений растительного происхождения приводит к существенному повышению активности аэробной микрофлоры и азотфиксирующих бактерий [1].

Влияние на компоненты питания растений. Гумус играет важную роль в формировании плодородия почв. В аридных регионах этот компонент характеризуется относительно низким содержанием органического вещества и его интенсивной минерализацией в условиях высоких температур [32]. Органические удобрения являются основным источником пополнения запасов гумуса, обеспечивая поступление в почву свежего органического вещества различной степени разложения. Процессы гумификации органических удобрений протекают с разной скоростью в зависимости от их состава, при этом наиболее стабильные гумусовые соединения формируются при систематическом длительном внесении органики [5]. Влияние органических удобрений на состав почв проявляется в постепенном увеличении содержания гумуса и улучшении его качественного состава, что способствует повышению общей устойчивости почвенной системы к процессам деградации [6].

Урожайность сельскохозяйственных культур в условиях засушливого климата находится в прямой зависимости от обеспеченности почв доступными формами элементов питания [20]. Комплексное воздействие органических удобрений на агрохимические показатели почв включает изменение содержания подвижных форм макро- и микроэлементов, оптимизацию реакции почвенного раствора и улучшение катионообменных свойств почвы [2; 3]. Влияние органических удобрений на содержание подвижного фосфора и обменного калия сохраняется в течение 3–4 лет после внесения, обеспечивая стабильность питательного режима даже при отсутствии ежегодного внесения органики [40]. Трансформация азотсодержащих соединений органических удобрений в условиях засухи протекает с разной интенсивностью в зависимости от увлажнения почвы, что требует корректировки доз азотных минеральных удобрений с учетом ожидаемого последействия органики [44]. Растительные остатки сельскохозяйственных культур также вносят существенный вклад в баланс органического вещества почвы и должны рассматриваться как дополнительный источник органики в системе воспроизводства плодородия [21].

Положительный эффект от применения органических удобрений проявляется в длительном обеспечении растений питательными веществами, что особенно важно для культур с продолжительным вегетационным периодом. Так, подготовка к посеву озимых культур в засушливых условиях должна учитывать состояние плодородия почвы и обеспеченность ее органическим веществом [29].

Внесение органических удобрений участвует в формировании кислотно-щелочного баланса почв, что весьма важно для обеспечения подвижности ионов питательных элементов [23; 24].

Особенности агротехнических приемов внесения удобрений. Плодородие почвы и агротехника находятся в неразрывной связи, определяя суммарный эффект от применения органических удобрений в конкретных условиях хозяйствования. Способы обработки почвы, сроки и методы внесения удобрений, структура севооборота и система защиты растений формируют комплекс условий, в которых реализуется потенциал органических удобрений [31].

Обработка почвы оказывает существенное влияние на скорость разложения органического вещества и характер распределения элементов питания в почвенном профиле. В засушливых условиях предпочтительно вносить органические удобрения осенью под зяблевую вспашку, что обеспечивает максимальное использование осенне-зимних осадков для увлажнения удобрений и активизации процессов их разложения. Глубина заделки органических удобрений должна соответствовать биологическим особенностям возделываемых культур и обеспечивать размещение основной массы органики в зоне максимального развития корневой системы [28]. Оценка эффективности различных агротехнических приемов внесения органических удобрений позволяет оптимизировать технологические процессы и повысить коэффициент использования питательных веществ растениями [39].

Внутрипочвенное внесение органических удобрений представляет собой перспективный агротехнический прием, обеспечивающий более полное использование растениями питательных элементов и влаги в условиях засухи [43]. При поверхностном разбрасывании органических удобрений значительная часть их массы подвергается интенсивному иссушению, что замедляет процессы разложения и снижает доступность питательных элементов для растений. Заделка органических удобрений в почву обеспечивает их контакт с почвенной влагой и создает благоприятные условия для микробиологической активности, что особенно важно в условиях дефицита атмосферных осадков. Опыт применения органических удобрений в различных регионах демонстрирует высокую эффективность их локального внесения [41].

Роль агрохимического мониторинга почв. Динамика плодородия почв в различных агроклиматических зонах демонстрирует разнонаправленные тенденции, что обусловлено как природными факторами, так и особенностями систем земледелия и свидетельствует о необходимости регулярного получения информации по данной проблеме.

Система агрохимического мониторинга позволяет отслеживать состояние плодородия почв и, в том числе, динамику изменения показателей под влиянием различных удобрений [27]. Современные методы оценки плодородия почв позволяют объективно количественно охарактеризовать последействие органических удобрений на комплекс агрохимических показателей [39]. Мониторинг динамики содержания гумуса, подвижных форм элементов питания, физико-химических свойств почв в многолетних опытах с использованием органических удобрений демонстрирует устойчивые положительные тенденции при соблюдении научно обоснованных доз и сроков внесения. Гео-информационные системы для анализа показателей плодородия почв открывают новые возможности для пространственной оценки последействия органических удобрений на больших территориях [25].

Экономическая эффективность применения органических удобрений. Экономическая эффективность применения органических удобрений в засушливых условиях определяется не только прямой прибавкой урожая в год внесения, но и совокупным эффектом их последействия в течение ротации севооборота [41]. Расчеты показывают, что при учете пролонгированного действия органических удобрений их рентабельность существенно возрастает, особенно при систематическом применении в течение нескольких лет [40]. Стандартизация качества органических удобрений и разработка нормативов их применения для различных типов почв позволяют прогнозировать агрономическую и экономическую эффективность их использования [36].

Научно обоснованное применение органических удобрений в сочетании с рациональным использованием минеральных удобрений и совершенствованием агротехнологий обеспечивает повышение плодородия почв в засушливых условиях [32]. Накопленный опыт показывает, что даже в условиях острой нехватки влаги можно поддерживать стабильный уровень плодородия почвы при условии компенсации выноса элементов питания и органического вещества. Применение органических удобрений обеспечивает экологическую устойчивость агроландшафтов и способствует формированию продуктивных агроценозов, адаптированных к особенностям засушливого климата Волгоградской области.

Региональные сырьевые источники органических удобрений в Волгоградской области

Производство органических удобрений на основе местных сырьевых ресурсов и отходов сельскохозяйственного производства снижает транспортные издержки и повышает доступность этого важного средства воспроизводства плодородия для хозяйств региона.

Переработка различных видов отходов сельскохозяйственного производства и их преобразование в органические удобрения представляют собой важное направление развития экологически устойчивого земледелия. Компостирование растительных остатков, использование навоза и помета, переработка торфа позволяют создавать органические удобрения с прогнозируемыми агрохимическими характеристиками и высокой питательной ценностью [26; 33].

Волгоградская область обладает разнообразной ресурсной базой органических удобрений, формируемой за счет отходов животноводства, птицеводства и растениеводства. Основным источником традиционных органических удобрений является навоз крупного рогатого скота, производимый молочными и мясными комплексами региона. Животноводческие предприятия области ежегодно накапливают значительные объемы подстилочного и бесподстилочного навоза, который после соответствующей подготовки может использоваться для удобрения полей.

Птицеводческие комплексы Волгоградской области, специализирующиеся на производстве яиц и мясной продукции, производят большое количество птичьего помета – высококонцентрированного органического удобрения с повышенным содержанием азота, фосфора и калия. Птицефабрики, расположенные в Городищенском, Светлоярском и других районах области, являются потенциальными источниками органических удобрений для близлежащих сельскохозяйственных угодий. Птичий помет быстро минерализуется в почве и может обеспечивать интенсивное питание растений в начальные периоды вегетации.

Свиноводческие комплексы региона также производят навоз, который после компостирования или биоферментации может использоваться в качестве органического удобрения.

В свином навозе меньше клетчатки, чем в навозе крупного рогатого скота, и он быстрее разлагается в почве, обеспечивая более раннее поступление питательных веществ в доступной для растений форме.

Растениеводство в регионе производит большие объемы органической массы в виде соломы зерновых культур, половы, стеблей подсолнечника и других растительных остатков. При соответствующей подготовке эти материалы можно использовать для компостирования или непосредственной заделки в почву в качестве сидератов. Измельченная солома, заделываемая в почву после уборки зерновых, способствует пополнению запасов органического вещества, особенно на орошаемых землях в пойме Волги, где создаются благоприятные условия для ее разложения.

Дополнительным источником органических удобрений могут служить отходы пищевой промышленности, в частности барда спиртовых заводов, жом сахарных заводов (при их наличии в регионе), отходы маслоэкстракционных производств. Эти материалы после соответствующей переработки обогащают почву органическими веществами и питательными элементами.

Перспективным направлением является развитие производства компостов на основе различных видов органических отходов с добавлением минеральных компонентов и биопрепаратов, ускоряющих процессы гумификации [26]. Создание региональных центров по переработке органических отходов в качественные удобрения позволит одновременно решить экологическую проблему утилизации отходов и агрономическую задачу обеспечения сельского хозяйства органическими удобрениями.

Заключение

Проведенный обзор научной литературы демонстрирует разностороннее положительное влияние органических удобрений на плодородие почв в засушливых условиях Волгоградской области. Применение органических удобрений обеспечивает комплексное улучшение агрохимических, агрофизических и биологических свойств почв, что особенно важно в условиях дефицита влаги и высоких температур, характерных для региона. Положительный эффект проявляется в длительном обеспечении растений элементами питания, улучшении водоудерживающей способности почв и активизации микробиологических процессов.

Волгоградская область располагает значительными ресурсами местных органических удобрений растительного и животного происхождения. Рациональное использование этих ресурсов в сочетании с научно обоснованными технологиями подготовки и внесения органических удобрений позволит существенно повысить эффективность их использования и обеспечить устойчивое воспроизводство плодородия почв региона.

Дальнейшее совершенствование систем применения органических удобрений в засушливых условиях Волгоградской области должно основываться на результатах долгосрочных полевых экспериментов и использовании современных методов мониторинга плодородия почв. Разработка региональных нормативов доз органических удобрений с учетом типа почв, гидротермических условий и биологических особенностей возделываемых культур позволит максимально усилить эффект их применения и обеспечить рациональное использование ограниченных ресурсов органики. Интеграция традиционных агрономических подходов с современными технологиями точного земледелия открывает перспективы для оптимизации систем удобрения и повышения продуктивности земель засушливой зоны при сохранении экологической устойчивости агроландшафтов.