Проблема продовольственного обеспечения: аспект восстановления плодородия почв

Продовольственный вопрос - один из наиболее острых среди проблем социальноэкономического развития [1, 2, 3]. Несмотря на то, что в современной России задачи продовольственного обеспечения населения в целом успешно решаются, а цели, сформированные Доктриной продовольственной безопасности, достигаются [4, 5], это - не повод для самоуспокоения, т.к. ситуация в области производства и потребления продовольствия может достаточно быстро изменяться, что приводит к локальным кризисам. Ярким примером последних лет является подобного рода «яичный кризис» [6], который успешно преодолен. Тем не менее, нельзя говорить о том, что необходимый уровень устойчивости продовольственного обеспечения достигнут.

В сфере продовольственного обеспечения определяющую роль играет наличие национального производства продовольствия, в том числе первичного (сельхозпродукции). А для сельхозпроизводства, в частности - для устойчивого ведения деятельности в растениеводстве - требуется наличие плодородных почв и систематическая работа по восстановлению их плодородия. Именно эти вопросы лежат в основе авторского исследования. Объекты и методы исследования

В рамках исследования были изучены возможности применения культуры Гуар - Циамо-псис (лат. Cyamopsis) - род подсемейства Мотыльковые (Faboideae), семейства Бобовые (Fabaceae) в качестве сидерата для увеличения содержания гумуса в почве и её восстановления. Кроме того, было изучено применение экологически чистого биополимера на основе гуаровой камеди в качестве средства для укрепления почвы и защиты её от эрозии.

Ученые подсчитали, что в результате нерационального землепользования человечество за исторический период своего развития уже потеряло от 1,5 до 2,0 млрд га некогда продуктивных земель, то есть больше, чем вся современная площадь пашни. И в наши дни в результате деградации почвы из мирового сельскохозяйственного оборота ежегодно выбывает в среднем 8-10 млн, а по максимальным оценкам - 15-20 млн га продуктивных земель. В России, по данным Минсельхоза РФ, деградации подвержено 134 млн га сельхозугодий. В целом по стране средне- и сильноэродированные почвы занимают 26%. Доля их продолжает неуклонно увеличиваться. В течение последних 20 лет темпы их прироста достигли 6-7% каждые 5 лет [7].

В Российской Федерации наблюдается критическое состояние системы лесополос. В настоящее время площадь лесополос составляет лишь 40% от необходимого уровня для поддержания оптимального состояния земельных ресурсов. Более того, около половины почв на территории европейской части страны характеризуются низким содержанием гумуса (0-2%), его содержание за последние 100 лет снизилось на треть. По данным агентства «Агростат», в сельскохозяйственном производстве длительное время чернозёмы рассматривались как неисчерпаемый источник природных ресурсов, пригодный для извлечения энергии для жизнедеятельности человека без значительных затрат. Такое отношение привело к деградации пахотных земель, о чем свидетельствует повышение обменной и гидролитической кислотности, особенно в чернозёмах лесостепной зоны, требующее их известкования.

Повышенная кислотность является одной из ключевых причин низкой плодородности почв и недостаточной эффективности используемых удобрений. Также наблюдается загрязнение почвы различными источниками: строительство дорог, транспортных узлов; отходы промышленности; минеральные удобрения; добыча полезных ископаемых; разливы нефтепродуктов; урбанизационные процессы. Это и многое другое становится причиной разрушения почв.

В России часто злоупотребляют пестицидами, однако чаще всего деградация почв в России происходит из-за недостаточного внесения удобрений. Каждый год в России наблюдается отрицательный баланс питательных веществ в почве, т.е. с урожаем их изымается больше, чем вносится позже. В то же время, преобладание отдельных культур приводит к ухудшению фитосанитарного состояния посевов и усталости почвы. А результатом истощения землепользования является, помимо прочего, нехватка урожая на 25-30% ежегодно.

На протяжении длительной истории формирования почвообразующей земной поверхности, на территории России образовалась многолетняя мерзлота, которая составила 63% от всей территории страны. Обширная территория северной части России располагается в суровых климатических условиях на территории таежной, тундровой и арктической зоны. Освоение района происходит в результате разработки нефтяных и газовых месторождений, а также других месторождений полезных ископаемых, что приводит к нарушению участков и на большой части воздействие на почвенный покров и естественную экосистему.

Следствием проведения специальной военной операции стало загрязнение почв в новых регионах. Это привело к утрате плодородного слоя почвы вследствие воздействия тяжелой техники. Взрывы боеприпасов также приводят к разрушению верхнего слоя почвы и высвобождению опасных химических элементов. Эти вещества аккумулируются в почве, делая её непригодной для проживания в населённых пунктах, ведения сельского хозяйства и снижая биологическое разнообразие. Для успешной интеграции присоединённых территорий в экономику Российской Федерации необходимо обеспечить агрономическую устойчивость почв.

Сегодня необходимо разработать и внедрить эффективные методы рекультивации. Для успешной интеграции присоединённых территорий в экономику Российской Федерации необходимо обеспечить агрономическую устойчивость почв. Технический этап рекультивации земель включает подготовку территории для последующего целевого использования. Предусматривает проведение планировочных работ, формирование откосов, снятие и нанесение плодородного слоя почвы, устройство гидротехнических и мелиоративных сооружений, а также проведение других работ, создающих необходимые условия для дальнейшего использования рекультивированных земель по целевому назначению или для проведения мероприятий по восстановлению плодородия почв. Биологический этап рекультивации проводится после полного завершения технического этапа [8]. Именно он вызывает наш особый интерес.

Результаты

Научное сообщество активно работает над проблемой улучшения почвы. Например, ученые Ставропольского государственного аграрного университета проводят исследования по одной из самых спорных тем среди агрономов и почвоведов - они изучают влияние сжигания стерни и растительных остатков на состояние почвенной биоты и плодородие почвы. В течение многих лет считалось, что сжигание стерни оказывает негативное воздействие на почву, но работа ставропольских исследователей показала, что в некоторых случаях этот агротехнический прием можно использовать для улучшения почвы. Специалисты по защите растений Новосибирского государственного аграрного университета наблюдают влияние самих растений на здоровье ризосферной почвы, в частности, на подавленность грибами рода Fusarium. Наиболее близкие по смыслу исследования проводят ученые Французского национального института сельскохозяйственных исследований (INRA).

Снижение качества почвы является одной из основных причин деградации земель и считается причиной 84% постоянно уменьшающихся площадей [9]. Год за годом огромные площади теряются из-за эрозии почвы и загрязнения. Около 40% сельскохозяйственных угодий в мире значительно ухудшается по качеству из-за эрозии и использования химических удобрений, которые препятствуют регенерации земли. Снижение качества почвы в результате чрезмерного применения сельскохозяйственных химических удобрений также приводит к загрязнению воды и земли.

Пути решения этой проблемы: сокращение вырубки леса; мелиорация земель; предотвращение их засоления; применение прогрессивных технологий обработки почвы, соблюдение баланса потребления и обогащения и устойчивых способов избежать ухудшения ее качества. Главным принципом принятия решений по восстановлению нарушенных земель является восстановление баланса экосистемы территории, что достигается путем применения агротехнических комплексов: внесением удобрений, посевом однолетних культур, таких как Гуар – Циамопсис (лат. Cyamopsis) – род подсемейства Мотыльковые (Faboideae), семейства Бобовые (Fabaceae).

Последняя культура обладает засухоустойчивостью и адаптирована к короткому вегетационному периоду и к длинному световому дню, формирует дернину, способную закреплять почву. Благодаря своей способности к сидерации, гуар способствует восстановлению почвенного покрова, формированию плодородного слоя, улучшению структуры почвы, накоплению гумуса и питательных веществ, а также очистке от химических загрязнений [10].

В настоящее время идет работа над созданием метода сохранения и рекультивации почв, в рамках которой участвуют Тюменское высшее военно-инженерное командное училище, Государственный аграрный университет Северного Зауралья, Донецкий государственный университет и Филиал ФГБУ «Агрохимическая служба России». Использовались сорта гуар «Таманский» и «Таврический» (патенты на селекционное достижение № 13401 и № 13402; см. табл. 1, 2). Данный подход предполагает использование специализированных технологий для защиты почвы от деградации и выветривания.

Гуар в качестве стабилизатора используются благодаря его природной и экологичной сущности, корни гуара проникают в почву, делая её более рыхлой и улучшая её водо- и воздухопроницаемость, фиксируют атмосферный азот в почве, гуар является хорошим конкурентом для сорняков, подавляя их рост и развитие. Для выращивания гуара ключевым параметром является сумма эффективных температур воздуха выше 10°С, которая должна составлять не менее 3400-3500°С. Для выращивания гуара достаточно 350-500 мм осадков за вегетационный период.

Оптимальным сроком сева считается дата перехода температуры пахотного слоя почвы через отметку 20°С. После появления всходов культуру следует заделывать в почву перед началом цветения, в период активного роста. Это позволяет использовать гуар в качестве органического удобрения, внося его непосредственно в почву или компостируя. Мощная корневая система гуара, разлагаясь, способствует увеличению содержания гумуса, что улучшает структуру почвы и обогащает её питательными веществами, благоприятно влияя на рост последующих сельскохозяйственных культур. Применение гуара в агрономии не только повышает плодородие почвы, но и способствует борьбе с эрозией, улучшая её влагоудерживающие свойства.

Предел текучести и пластичности обработанной почвы повышается с увеличением содержания гуаровой камеди, поскольку она активируется и формирует гидрогели. Водородные связи усиливают связывающую способность, что, в свою очередь, приводит к увеличению предела усадки. При увеличении содержания гуаровой камеди наблюдается повышение предела усадки, так как эти соединения быстро сжимаются при высыхании. Гуаровая камедь добавляется в почву для создания прочных связей между частицами, что значительно повышает прочность почвы на свободное сжатие.

Таблица 1

Характеристики сорта гуара «Таманский»

Признак		Характеристика	Сорт-эталон	Индекс
1	Растение: тип ветвления	базальное	Lewis	2
2	Стебель: опушениe главного стебля	отсутствует	Кinman, Lewis, Santa Cruz	1
		имеется
3	Лист: опушение верхней части листовой пластинки	отсутствует	Kinman, Lewis	1
4	Семена: окраска семенной кожуры (при уборке)	желтоватобежевая	Monument, Matador	3
5	Время начала цветения (50% растений не менее чем с одним цветком)	через 60-70 дней после посева / среднее	Matador	5
6	Период вегетации сорта	90-100 дней

Таблица 2

Характеристики сорта гуара «Таврический»

Признак		Характеристика	Сорт-эталон	Индекс
1	Растение: тип ветвления	моностебельное	Monument, Kachan Bahar, Pusa Navbahar	1
2	Стебель: опушениe главного стебля	отсутствует	Кinman, Lewis, Santa Cruz	1
3	Лист: опушение верхней части листовой пластинки	отсутствует	Kinman, Lewis	1
4	Семена: окраска семенной кожуры (при уборке)	желтоватобежевая	Monument, Matador	3
5	Время начала цветения (50% растений не менее чем с одним цветком)	через 50-60 дней после посева / раннее	Kinman	3
6	Период вегетации сорта	100-120 дней

Вязкость растворов гуаровой камеди создает прочную биополимерную матрицу, обладающую небольшими зазорами и более прочными водородными связями. Однако при низком содержании биополимеров почва постоянно деформируется, что снижает её прочность. По мере увеличения содержания биополимеров жёсткость почвы повышается. Действие вязкого раствора камеди и образование гидрогелей в основном отвечают за повышение прочности.

Заключение

Сотрудничество различных организаций и внедрение передовых агротехнологий открывают новые перспективы для устойчивого развития сельского хозяйства и защиты окружающей среды. Проведенное нами исследование направлено на предотвращение дальнейшей деградации земель и полное восстановление их плодородия через рекультивацию и интоксикацию. В результате будет восстановлен плодородный слой почвы, что позволит создать природную экосистему, представляющую собой гармоничное единство богатого органическими веществами растительного сообщества и микробного комплекса, перерабатывающего растительные остатки.

Конечным итогом внедрения авторских разработок станет повышение эффективности сельского хозяйства России и более надежное обеспечение населения продовольствием.