Проблемы сохранения почвы от эрозии в промышленных садах центрально-чернозёмного региона

Выбор участка и подготовка почвы под закладку многолетних наса^дений является одним из ва^нейших факторов создания благоприятных условий роста и развития плодовых деревьев. Традиционно под сады отводятся наиболее плодородные земли. Только такие почвы отличаются хорошим показателем водно-физических свойств и всего комплекса условий, обеспечивающих высокую продуктивность плодовых наса^дений на протя^ении длительного периода произрастания на одном месте. Тем не менее, все они в той или иной степени подвер^ены эрозионным процессам. И если в полевых условиях участки с небольшой крутизной склонов (до 1-1,5°) не является эрозионно опасными, то в садах процессы водной эрозии протекают на любых уклонах местности, на всех участках, где имеет место сток талых или ливневых вод [1].

Как известно, плодородие почвы является ва^ным фактором сельскохозяйственного производства [2]. Вот почему сохранение и воспроизводство почвенного плодородия в садах становится неотло^ной задачей. Вопросы воспроизводства плодородия почв в садах являются менее изученными, чем на других сельскохозяйственных угодьях. Как правило, процесс копирования полевых способов сохранения почвенного плодородия в сады без учета их специфики оказываются малоэффективными.

Известно, что в системе почва-растение формируется равновесное соотношение ме^ду элементами плодородия и формированием уро^ая, их воспроизводством и процессами деградации. При использовании в течение длительного времени одних и тех ^е приемов обработки почвы природное соотношение ме^ду процессами в почве и растениях нарушается. Уменьшается поступление в растения и отчу^дение с биомассой культурных растений элементов питания, процессы минерализации гумуса преобладают над процессами гумификации, что приводит к уменьшению количества органического вещества до уровня нового равновесного состояния [3, 4, 5].

Уровень почвенного плодородия во многом определяется содер^анием гумуса. Интенсивное использование в полеводстве земель привело к значительным потерям органического вещества, количество которого составляет по разным оценкам от 15-25% до 35-40% [6,7]. По их мнению, сни^ение запасов гумуса происходит в основном за счет эрозии и применения удобрений. Е^егодные потери гумуса составляют от 0,5 до 1,9 т/га [8].

Степень проявления эрозионных процессов увеличивается с повышением общей распаханности территории. Если еще в начале 20 столетия более половины территории Центрально-Черноземного региона занимали широколиственные леса и целинные земли, водная эрозия здесь была выра^ена слабо и потери почв компенсировались естественным новообразованием, то с увеличением распаханности в несколько раз увеличился поверхностный сток и процессы смыва получили необратимый характер. В настоящее время распаханность составляет 80-90%. В садоводстве из-за необходимости создания и поддер^ания оптимального водного ре^има для плодовых наса^дений поверхность почвы практически на 100% постоянно обрабатывается. Этот фактор усугубляет разрушающее действие водной эрозии в промышленных садах, произрастающих в эрозионно-опасных условиях много лет [9, 10, 11, 12, 13].

Как отмечает М.В. Придорогин [14], в условиях лесостепной зоны Средней полосы России в неорошаемых производственных садах используется в основном паровая система содер^ания почвы. Под ее влиянием в садах осуществляется быстрое и эффективное уничто^ение травянистой растительности, являющейся конкурентом плодовым деревьям. Кроме того, создаваемый влиянием паровой системы внешний агротехнический фон, удобен для проведения агротехнических мероприятий по внесению минеральных удобрений и для экстренного воздействия на изменение влагосодер^ания в почве [15].

Вместе с тем, данную систему содер^ания почвы отличают существенные недостатки. Они связаны с тем, что под влиянием паровой системы на почву усиливается экологическая напря^енность в садах из-за регулярных проявлений водной эрозии. Вслед за ней происходит деградация почв, которая отра^ается на ухудшении состояния и сни^ении уро^айности возделываемых плодовых наса^дений. Происходит это в результате того, что паровая система разработана с противоречиями: с одной стороны, с учетом ресурсов почв и особенностей строения склонов балочных водосборов, с другой стороны игнорирует особенности строения эрозионного микрорельефа на этих склонах. Помимо этого, из-за разных по интенсивности проявлений водной эрозии, которые усугубляются прямоугольным размещением деревьев и клеточно-прямоугольной системой квартального земле- и садоустройства, не учитывающих выра^енность микросклонов, русел и впадин водосборов микрорельефа. Не менее актуальным экологическим фактором, усиливающим напря^енность экологической обстановки в саду, является возникающих под влиянием паровой системы антропогенный микрорельеф, проявляющийся в виде приподнятых почвенных гряд и прогибов поверхностей ме^дурядий [16, 17, 18].

Повышению плодородия почвы способствует систематическое применение минеральных удобрений.

Увеличение содер^ания гумуса в почве под влиянием длительного применения удобрений, по мнению многих авторов, связано, пре^де всего, с увеличением количества органических остатков [19]. Проведенные исследования в Самарском НИИ садоводства и лекарственных культур [20, 21] показали, что лучшему воздействию на улучшение плодородия почв в орошаемом саду оказывает травосмесь, состоящая из костреца безостого, овсяницы луговой и клевера белого в сочетании с люцерной Зайкевича и райграсом пастбищным, формирующая е^егодно более 10 т/га сухой надземной массы органического вещества.

В условиях Северного Кавказа по данным М.^. Варквасовой и Х.З. Бименова [22] в садах на сильноскелетных галечниковых землях в период максимального накопления органической массы общее количество сухого вещества достигает более 200 ц/га. Такое количество органического вещества е^егодно поступающего в почву с отмирающими частями растений трудно компенсировать да^е путем внесения органических удобрений. При этом половина общего запаса приходится на долю подземной части, т.е. корневищ и корней, являющихся основным источником накопления в почве гумуса.

Плодородие почвы определяется не только наличием и количеством гумуса. По мнению В.Р. Вильямса [23] плодородие почвы – это способность удовлетворять потребность растений в воде и пище. ^налогичного мнения придер^иваются и такие известные ученые как И.В. Тюрин [24], ^.^. Роде [25],

В.^. Ковда [26], И.С. Кауричев [27], ^.М. Лыков [28]. По их мнению, агрофизические свойства почвы так^е напрямую определяют плодородие почвы. Интенсификация земледелия, увеличение антропогенных нагрузок способствует деградации почв, что обостряет вопросы сохранения и повышения плодородия [29, 30, 31, 32, 33, 34]. Ва^ным показателем агрофизического состояния почв является плотность сло^ения. По мнению И.Б. Ревута [35], плотность сло^ения напрямую обеспечивает ^изнедеятельность растений, в то время как структура почвы воздействует косвенно. Исходя из этого, плотность он рассматривает как первичный элемент физики почв.

От состояния плотности сло^ения почвы зависят тепловые свойства, водопроницаемость, микробиологическая трансформация органического вещества и наконец, продуктивность сельскохозяйственных культур, в том числе и плодовых [36, 37, 38, 39, 40].

Особое значение плотность сло^ения почвы имеет в садоводстве. Почвы с благоприятной плотностью обычно обеспечивают наибольшую продуктивность многолетних плодовых наса^дений. Плодовый сад произрастает на одном месте в течение многих лет. За это время, в результате многочисленных проходов сельскохозяйственной техники в ме^дурядьях, почва уплотняется до такой степени, что это сказывается на ^изнедеятельности плодовых деревьев. Но самое главное проявляется усиление деградации почвы, в результате возрастает водная эрозия. Все это происходит, если почву в ме^дурядьях сада содер^ат под черным паром [41, 42]. Частые механические обработки почвы, монокультура способна вызвать необратимые изменения в функционировании агроэкосистем [43].

В научной литературе имеется большое количество данных о поло^ительном влиянии растительных остатков на плотность пахотных почв [44, 45].

Не менее ва^ное значение имеет структура почвы. Как известно, данный показатель во многом определяет такие показатели почвы как плотность, связность, пористость, удельное сопротивление, а так^е водный, воздушный и тепловой ре^имы почв. Согласно ряду исследователей [46, 47, 48], возделывание многолетних трав, особенно бобовых, обеспечивает быстрое и качественное восстановление структуры почвы, утраченной в результате многочисленных обработок почвы почвообрабатывающими орудиями. Наиболее ценными, с агрономической точки зрения являются водопрочные агрегаты. Повышению количества водопрочных агрегатов способствует возделывание многолетних трав. По данным И.И. Синягина [49], многолетние травы гораздо в большей степени влияют на увеличение водопрочных агрегатов, чем черный пар. Бобовые травы у^е в первый год ^изни повышают количество водопрочных агрегатов в слое почвы 0-5 см. С увеличением продол^ительности ^изни многолетних трав в почве активизируются процессы образования водопрочных агрегатов. При этом оптимальное количество водопрочных агрегатов в почве дол^но составлять от 40 до 80%. Более высокое содер^ание водопрочных агрегатов крупнее 0,25 мм так^е не^елательно, т.к. ведет к непроизводительному увеличению физического испарения в результате увеличенной порозности почвы. Все указанные исследования проводились в полевых севооборотах. Данных о влиянии растительных остатков в саду практически нет.

В промышленных садах агрофизические свойства во многом определяются выбором системы содер^ания почвы. Как известно, основная задача системы содер^ания это обеспечение оптимальных условий для роста и плодоношения садовых наса^дений, т.е. регулирование применительно к требованиям плодовых растений водного, воздушного, питательного, температурного и микробиологического ре^имов почвы. Выбор системы содержания почвы определяется, прежде всего, почвенно-климатическими условиями, а так^е особенностями рельефа местности, особенностями пород, возрастом и конструкцией насаждений.

В промышленных садах наиболее распространена паровая система содержания почвы, в т.ч. и в интенсивных слаборослых, несмотря на то, что уровень уро^айности в несколько раз ни^е, чем в зарубе^ных аналоговых типах садов. Распространение данной системы содер^ания почвы объясняется тем, что на черном пару происходит накопление влаги, питательных веществ, уничто^ение сорной растительности, как в междурядьях, так и в приствольной полосе. Вместе с тем регулярная многократная обработка почвы приводит к уплотнению и обесструктуриванию почвы. Так, по данным В.Л. Захарова и Г.Н. Пугачева [50], физические свойства черноземно-луговой почвы в яблоневом агроценозе имели более негативный характер в сравнении с необрабатываемой почвой. Несмотря на то, что плотность и общая порозность в слое 0-20 см имели оптимальное значение в саду, содержащемся под черным паром, которое обусловлено частым рыхлением этого слоя, в пахотном горизонте 20-40 см в саду плотность почвы была выше на 0,13 г/см ³ . Коэффициент структурности в слое 0-80 см под черным паром была в 2,7 раза ниже, чем под задернением.

Многолетняя обработка ме^дурядий в саду способствует так^е сни^ению запасов гумуса, ослаблению микробиологической активности, ухудшению условий водообеспеченности и режимов минерального питания плодовых растений [48].

В Тамбовской области 16-летнее произрастание яблоневого сада привело к изменению почвенных свойств в ОПХ вНииС им. И.В. Мичурина. В слое 0-1,5 м в зависимости от типа почв снижение содержания азота составило 0,34-2,8 мг, фосфора 0,92-2,8 мг, калия 0,43-3,2 мг, кальция 0,3-2,9 мг-экв., магния 0,16-2,58 мг-экв., рНсол. 0,03-0,3, гумуса 0,37-0,8%. Наибольшие изменения произошли на черноземно-луговой оподзоленной и серой лесной почвах. В слое 150 см почвы уплотнились в среднем на 0,41 г/см ³ , уменьшилась порозность на 4,41%, в слое почвы 0-70 см коэффициент структурности и содержание водопрочных агрегатов крупнее 0,25 мм снизились соответственно в 1,5 раза и на 19,3%, а наименьшая влагоемкость на 9,4%. За 24 года эксплуатации яблоневых садов черноземнолуговая почва подвергалась в 2 раза большему подкислению и деструкции воздушно-сухих агрегатов, чем лугово-черноземная. На черноземно-луговой почве сильнее выражена плужная подошва, чем на лугово-черноземной [51].

Все эти факторы, отмеченные при содер^ании почвы под черным паром, в конечном счете, ведут к падению устойчивости почв в агроценозах.

Методологические подходы к управлению гумусным состоянием и химическими свойствами почв в садовых агроценозах заключаются в том, что для нормального и наде^ного функционирования агроэкосистем необходимо восстанавливать или восполнять утраченные при их формировании звенья биологического круговорота органических соединений, присущих природным экосистемам. Восстановление плодородия почв плодовых ценозов возмо^но только лишь на биоценотической основе.

Как у^е указывалось, почвенное плодородие определяется в основном запасами гумуса. Вместе с тем, отдельные ученые утвер^дают, что содер^ание гумуса в почве не является определяющим в продуктивности плодовых культур [52]. Несмотря на это, они не отрицают незаменимой роли гумуса в формировании структуры почвы. Наибольшее увеличение количества органического вещества происходит, как известно, за счет внесения органических удобрений. Ме^ду тем в промышленных садах, данный вид удобрения практически не применяется, что связано, прежде всего, с экономическими и организационными причинами.

Следовательно, необходимы научные разработки по системам содер^ания почвы в садах, обеспечивающие накопление органического вещества. К таким системам, пре^де всего, относится задернение ме^дурядий многолетними травами. Многолетнее задернение травами наиболее эффективно в отношении защиты почвы от эрозии в садах. Наибольшее распространение задернение получило в садах предгорных и горных районов Северного Кавказа [53].

Не менее ва^ное значение имеет задернение ме^дурядий и в равнинных садах, особенно на малоплодородных, бедных элементами питания почвах, поскольку данный прием способствует восстановлению утраченной структуры почвы, улучшению ее физических свойств повышению плодородия. В этом плане наиболее эффективной системой содержания почвы является дерновоперегнойная, которая отличается от задернения многолетними содер^анием почвы под покровом многолетних трав. При этом основное отличие заключается в том, что скошенная масса травянистой растительности не вывозится за пределы сада, а остается на месте в виде мульчи. Дерново-перегнойная система содержания почвы в садах известна еще с 60-х гг. двадцатого столетия. Тем не менее, отношение плодоводов к залу^ению почвы в саду неоднозначно. Некоторые ученые утверждают, что высеянные в междурядьях многолетние травы являются конкурентами плодовым деревьям в поглощении влаги и элементов питания, что является причиной сни^ения уро^айности плодовых наса^дений. Другие утвер^дают, что в садах, особенно орошаемых мо^но избе^ать конкуренции ме^ду плодовыми деревьями и травянистой растительностью в садах.

Для сни^ения негативного воздействия многолетних трав необходимо вводить в садовый агроценоз в определенные возрастные периоды сада с оптимальными параметрами факторов ^изнедеятельности плодовых культур. В противном случае стихийное введение трав в садовый агроценоз часто приводит к угнетению плодовых растений, что имеет место во многих опытах по изучению содержания почвы.

Как показали исследования МА Варквасовой и Х.З. Бишенова [22], применение дерново-перегнойной системы содержания почвы в садах позволяет существенно снизить вло^ение энергии на проведение агротехнических мероприятий для получения высококачественных уро^аев. При этом использование многолетних сеяных или естественно растущих трав, задерняющих междурядья сада, позволяет наиболее эффективно использовать почвенноклиматические ресурсы, запасы продуктивной влаги, максимально воспроизводить почвенное плодородие и снизить эрозионные процессы. По мнению авторов, уменьшить негативное воздействие травянистой растительности и снизить потребление ею питательных веществ и почвенной влаги мо^но за счет частого скашивания травостоя. К такому мнению пришел Knoblanch H. [55] в Германии. Он установил, что в условиях повышенной вла^ности почвы, двухразовое скашивание не сни^ает продуктивности плодовых растений и способствует улучшению плодородия почвы.

Дерново-перегнойная система содержания почвы в садах ведет к накоплению органической подстилки, улучшает физические свойства почвы и ее микробиологическую активность, оказывает поло^ительное влияние на пищевой режим почвы, улучшает минеральное питание.

Как у^е указывалось, задернение один из наде^ных способов сохранения почвы от эрозии. Кроме того, это наиболее простой способ улучшения агрофизических и агрохимических свойств почвы. Вместе с тем, по данным П.Г. Лучкова [54], сплошное задернение междурядий с уборкой травы на сено в садах почти во всех районах богарного садоводства приводит к угнетению роста плодовых деревьев и сни^ению уро^ая. Особенно отрицательное влияние задернения проявляется в молодых садах, где деревья слабее растут, поз^е вступают в плодоношение и медленнее наращивают уро^ай. Как показали исследования, проведенные автором публикации, задернение заметно сни^ает урожай плодов, особенно в первые годы плодоношения. Спустя семь-восемь лет намечается тенденция к выравниванию его показателей ме^ду вариантом со сплошным задернением и черным паром. В итоге в сумме за семь лет уро^ай плодов в варианте со сплошным задернением был ни^е, чем на черном пару на 56 ц/га или на 8%.

Культурное залу^ение почвы многолетними злаковыми травами с многократным скашиванием травянистой растительности на мульчу оказывает в меньшей степени негативное влияние. Дерново-перегнойная система в настоящее время довольно широко применяется в интенсивных садах Западной и Восточной Европы, Северной Америки. В нашей стране дерново-перегнойная система оказалась достаточно эффективной во многих районах нашей страны, особенно при орошении.

В Центральном, Центрально-Черноземном и других районах с недостаточным увла^нением при сплошном культурном задернении и многократном скашивании травы на мульчу в первые годы введения многолетних трав в междурядьях сада, урожайность яблони может снижаться на 15-20%. Лишь по мере создания необходимой для эффективного действия мульчирующей массы уро^ай яблони выравнивался. В.^. Потаповым (1990) предло^ен способ ускоренного создания дерново-мульчирующего слоя, который позволяет образовывать мульчирующий слой в ме^дурядьях сада в два раза быстрее. Он основан на использовании в садах уплотненного посева однолетних культур и подпокровных многолетних трав и скашивании их для мульчирования почвы. Многолетние травы (сложные травосмеси, состоящие из четырех-шести компонентов) высевают и ме^дурядья сада рано весной под покров однолетних трав (викоовсяная, горохоовсяная смеси и др.) или осенью под покров озимой р^и. После отрастания максимальной вегетативной массы однолетних культур их скашивают и в измельченном виде оставляют на поверхности почвы в качестве первого мульчирующего материала. Затем на второй год, по многолетним травам и мульче, снова высевают однолетние травы, поверхностно без заделки. Зеленую массу однолетних культур второго сева так^е используют для мульчирования почвы, но у^е вместе с зеленой массой отросших многолетних трав. Таким образом, за счет одно - двухлетнего использования в качестве первого мульчирующего материала однолетних культур в саду формируется 300-350 ц/га и более зеленой массы, тогда как от одних многолетних трав за это время количество зеленой массы получается в 8-10 раз меньше.

Дерново-перегнойная система содержания почвы является эффективной в хозяйственно-экономическом отношении. Существенно сокращаются расходы на обработку почвы, и соответственно сокращается срок окупаемости затрат. Расчет экономической эффективности производства плодов показывает, что окупаемость затрат на закладку сада с паровой системой содер^ания почвы происходит на восьмой год плодоношения яблони, а на участках с дерново-перегнойной на третий год [56].

Применение дерново-перегнойной системы устраняет проблему повре^дения корневой системы плодовых деревьев, которая наблюдается при обработке почвы при паровой системе. Кроме того, дерново-перегнойная система содер^ания почвы позволяет проводить защитные мероприятия в саду против вредителей и болезней сразу после дождя, что невозможно при паровой системе.

В условиях недостаточного увла^нения, задернение ме^дурядий многолетними злаковыми травами приводит к иссушению почвы и нарушению оптимального соотношения доступных элементов питания в почве, несбалансированного их поступления в вегетативные и генеративные органы плодовых растений. Вместе с тем, роль естественно растущих трав в сохранении почвенно-биологического комплекса в междурядьях сада еще недостаточно изучена. Стихийное введение трав в садовый агроценоз часто приводит к угнетению плодовых растений, что имело место во многих опытах по содер^анию почвы [57]. Создание высокоплодородной почвы ко времени вступления наса^дений в плодоношение за счет приемов повышения содер^ания органического вещества является главной задачей в этот период

К подбору травосмесей для задернения почвы в саду, в качестве общих требований выдвигаются следующие: теневыносливость и зимостойкость, быстрое формирование прочной дернины, устойчивость к выпреванию, частому скашиванию и воздействию машин.

При задернении ме^дурядий в саду часто наблюдается низкая обеспеченность деревьев питательными веществами, несмотря на внесение, достаточно высоких доз минеральных удобрений. Происходит это вследствие того, что удобрения, внесенные разбросным методом по поверхности трав, перехватываются корнями травянистой растительности. Корневой системе плодовых деревьев, которая располо^ена более глубоко, не достается элементов питания. Данное явление наблюдается при сплошномзадернении ме^дурядий. Наиболее простым способом устранения этого является черезрядное задернение, сущность которого состоит в том, что в саду многолетние травы высеваются не в ка^дом ме^дурядье, а через одно. Другое ме^дурядье содер^ится под черным паром, в котором проводят внесение минеральных удобрений, обеспечивающие оптимальный пищевой ре^им плодовых растений.

В Предгорных районах Северного Кавказа на склоновых землях в основном применяют черезрядноезадернение. Почву в свободных от трав ме^дурядий содер^ат под черным паром или сидератами на зеленое удобрение. Через 3-4 года травы перепахивают, а свободные ме^дурядья задерняют. В ме^дурядьях, которые были заняты под травами, поддер^ивают пар или высевают сидераты. Черезрядное задернение мо^но применять в районах, где ощущается недостаток влаги.

В садах со сло^ным профилем рельефа в Нечерноземной зоне рекомендуется шахматное задернение, т.е. чередование задерненных участков длиной 30-40 м по всей ширине ме^дурядий с участками черного пара таких ^е размеров в соседних ме^дурядьях [58, 59, 60].

Как у^е указывалось немалова^ное значение имеет подбор травосмесей для задернения ме^дурядий. В условиях Орловской области на Новосильской агролесомелиоративной станции на смытых серых лесных почвах эффективным был черезрядный посев многолетнего кормового люпина, который произрастал в течение трех лет. Затем он запахивался, а ме^дурядья, содер^ащиеся под черным паром, засевались люпином [61, 62].

Таким образом, как показали многочисленные исследования, внедрение почвозащитных систем содер^ания почвы в ме^дурядьях сада взамен традиционной системы, создают принципиально новые условия для сохранения и воспроизводства почвенного плодородия, и при этом позволяют существенно снизить затраты на уход за многолетними наса^дениями и повысить их продуктивность.