Одолеть эрозию. Рекомендации по восстановлению почв ростовским агрономам

«Сингента»

Журнал «Агротехника и технологии»

май – июнь 2024

Читать номер

Ростовские чернозёмы некогда славились своими плодородными свойствами, но за долгий срок эксплуатации заметно деградировали. Хуже всего, что этот процесс продолжается и сегодня: площади ценных почв сокращаются, уровень плодородия снижается, прогрессирует водная и ветровая эрозия, идёт дегумификация почв, засоление, осолонцевание, переуплотнение и переувлажнение. Эксперты компании «Сингента» рассказали журналу «Агротехника и технологии» о причинах этих негативных процессов и о том, что могут сделать аграрии для сохранения своих сельхозугодий

Как отмечают почвоведы, деградация не происходит сама по себе — за ней стоят негативные фундаментальные изменения в почве. Среди них можно выделить следующие:

• формирование особого цикла в гумусообразовании возделываемых почв
  

• изменение структуры микробных сообществ
  

• качественные и количественные изменения продуктов жизнедеятельности корневой системы растения
  

• нарушение экофункций почв
  

• распылённость верхнего горизонта и потеря агрономически ценной структуры
  

• активное развитие водной и ветровой эрозии
  

• агроистощение
  

• формирование уплотнённого горизонта
  

Управляемая урожайность

Несмотря на тренд к ухудшению плодородия почв, урожайность сельхозкультур в Ростовской области растёт, что достигается благодаря внедрению приёмов интенсификации. Однако вариабельность при этом сохраняется.

Учёные провели анализ зависимости урожайности озимой пшеницы от погодных условий, зафиксированных в регионе в период с 1948 до 2018 года. Выяснилось, что разница урожайности для минимальных и максимальных значений середины XX века и настоящего времени отличается втрое. А разница между минимумом и максимумом внутри периодов остаётся практически постоянной — в 1,9 раз. 

Безусловно, погода продолжает оставаться важным фактором, влияющим на урожайность озимой пшеницы, но повышению максимальных и минимальных значений урожайности в большей степени способствует усовершенствование агротехнологий. Поэтому задача земледельца не только находить новые технологические решения, но и сохранить природный потенциал почв.

Урожайность озимой пшеницы в Ростовской области с 1948 до 2018 года

1948-1957 гг. (разница между min и max — 1,9 раз)
— средняя урожайность — 11 ц/га
— min — 7,7 ц/га (1949)
— max — 14,4 ц/га (1957)

1958-1967 гг. (разница между min и max — 2,6 раз)
— средняя урожайность — 15,4 ц/га
— min — 8,8 ц/га (1965)
— max — 23,3 ц/га (1966)

1968-1977 гг. (разница между min и max — 2,1 раз)
— средняя урожайность — 20,9 ц/га
— min — 13,5 ц/га (1969)
— max — 28,3 ц/га (1963)

1978-1987 гг. (разница между min и max — 1,4 раз)
— средняя урожайность — 22,5 ц/га
— min — 18,0 ц/га (1979)
— max — 25,3 ц/га (1983)

1988-1997 гг. (разница между min и max — 2,0 раз)
— средняя урожайность — 27,2 ц/га
— min — 15,6 ц/га (1996)
— max — 31,8 ц/га (1992)

1998-2007 гг. (разница между min и max — 1,9 раз)
— средняя урожайность — 26,0 ц/га
— min — 18,5 ц/га (2003)
— max — 35,3 ц/га (2004)

2008-2018 гг. (разница между min и max — 1,9 раз)
— средняя урожайность — 30,6 ц/га
— min — 23,5 ц/га (2013)
— max — 44,9,3 ц/га (2017)

Виды деградации почв

Там, где человек занимается интенсивной хозяйственной деятельностью — выращивает сельхозкультуры, строит дороги или города, словом, нарушает экосистему естественных природных сообществ, почвы начинают деградировать. Видов деградации множество, при этом они могут происходить порознь или комплексно, говорят эксперты. Очень многое зависит от климатических условий и водного режима, от того, как используется земля, какая на ней применяется техника и химические препараты. Но так или иначе, в результате интенсивной хозяйственной деятельности почва теряет своё плодородие, структуру и микробиоту.

Различают следующие типы деградации:

Эрозия — водная и ветровая. Причин её появления несколько: выпахивание, замена ионов кальция на ионы натрия в почвенном поглощающем комплексе, дегумификация, механическое разрушение почвы агрегатами при выполнении технологических операций.

Засоление, осолонцевание. Это одна из самых серьёзных проблем, которая происходит из-за подъёма растворов солей из нижних горизонтов в верхние, к корневому питанию растений, в результате чего сельхозкультуры растут плохо или гибнут, что приводит к снижению качества и количества урожая.

Переувлажнение и заболачивание, затопление и подтопление. Происходит из-за подъёма грунтовых вод и нарушения стоков как по естественным геологическим причинам, так и в результате деятельности человека. Сюда, например, относится подтопление земель при сооружении водохранилищ и оросительных каналов, а также заболачивание лесных вырубок.

Переуплотнение и образование техногенной глыбистости пахотных горизонтов. Главная причина этого явления — механическая обработка физически неспелой почвы, выпахивание, замена кальция на натрий в почвенном поглощающем комплексе, дегумификация.

Снижение содержания гумуса. Причина — нарушение баланса «гумификация — минерализация».

Подкисление или наоборот, подщелачивание образуется из-за изменений в почвенном поглощающем комплексе, потери его буферности, а также из-за использования физиологически кислых или щелочных удобрений.

Агроистощение питательных веществ является следствием хищнического отношения к сельхозугодиям. Выращивая сельхозкультуры и собирая урожай, человек забирает питательные элементы из почвы, и, не восполняя их недостаток, приступает к следующему севу.

Нарушение баланса почвенной микробиоты. Происходит из-за сокращения численности и видового разнообразия микроорганизмов почвы, нарушения оптимального видового соотношения микробиоты в почвенном сообществе и загрязнения почвы патогенными микроорганизмами. Основные причины, приводящие к нарушению баланса почвенной микробиоты, кроются в нарушении севооборота и вытекающем из него сокращении биоразнообразия сельскохозяйственных культур, потере гумуса и аэрации почвы.

Загрязнение пестицидами. Ведёт к сокращению биоразнообразия почвенной биоты.

Почвенную деградацию можно оценивать по множеству факторов. Учёные на экспертном семинаре в Ростовской области предложили проводить оценку по таким параметрам: плотность почвы и её структурность, содержание углерода (щёлочно-растворимого углерода), pH, интенсивность дыхания, ферментативная активность (например, определение уреазы) и токсичность для растений.

Причины деградации

Итак, в каком же состоянии сегодня находятся земли ростовского пахотного фонда? Увы, по данным ГЦАС «Ростовский», 73,7% этих почв разрушает ветровая эрозия, 39,5% — эрозия водная. 40,8% ростовских полей испытывают агроистощение. В зоне каштановых почв большие территории подвержены осолонцеванию (19,6%) и засолению (3,6%).

Конечно, это приводит к неуклонному снижению содержания гумуса в почве. Так, с 1960 по 2020 годы среднее содержание гумуса в пахотном горизонте ростовских почв упало с 3,86% до 3,1%. Впрочем, если смотреть данные только по чернозёмным территориям, ситуация будет немного лучше: 4,22 и 3,55% соответственно. Но если вспомнить, что для тех же североприазовских обыкновенных чернозёмов в 1916 году русский географ, геолог и почвовед Леонид Иванович Прасолов указал цифру в 6,1%, то впечатление будет совсем иным. Но возможно, причина в пресловутых климатических изменениях? Директор ФГБУ ГЦАС «Ростовский» Ольга Назаренко приводит результаты исследований, полученных её учреждением на реперном целинном участке обыкновенных североприазовских чернозёмов в Персиановской заповедной степи: здесь содержание гумуса много лет колеблется примерно около цифры 6,5%. А на таком же чернозёме, но под пашней, гумуса уже вдвое меньше — 3,5%. 

По данным ГЦАС «Ростовский» последние 25 лет содержание гумуса в среднем по региону остаётся практически одинаковым — 3,1%. При таких показателях можно было бы сделать вывод, что ситуация стабилизировалась, но эксперты уверены: факт свидетельствует не столько о формировании определённого равновесия почвы с биоклиматическими и производственными условиями Ростовской области, сколько об ухудшении состояния того гумуса, который ещё остался в почвах. Исследования учёных показали, что при снижении в обыкновенном карбонатном чернозёме содержания гумуса до 2,1-2,5% его фракционно-групповой состав изменяется, гумус резко теряет гуминовые и фульвокислоты. Иными словами, количественные изменения в гумусном состоянии почвы приводят к изменению структурного состава. 

Рейтинг проблем 

В каждом обсуждении, которое касается здоровья почвы, специалистам приходится заново согласовывать друг с другом это понятие, чтобы говорить на одном языке. На семинаре в Ростовской области эксперты выбрали наиболее ёмкое понятие, согласно которому «здоровая почва» - это почва с характерными зональными/интразональными признаками, которая обеспечивает реализацию потенциала сельхозкультур в соответствии с природно-климатическими условиями и современными технологиями. 

Какие же нюансы здоровья почв выходят на первый план в Ростовской области? Оказалось, что агрономы точно так же как и в других регионах зачастую не связывают снижение урожайности с фундаментальными изменениями почвы — с тем, что происходит с её физико-химическими, химическими, физическими и биологическими свойствами. Вот несколько характерных для Ростовской области примеров.

Если агрономы жалуются на невозможность получить дружные всходы, как правило, они не видят изменения физических свойств почвы — распылённости или глыбистости верхнего горизонта. Такая ситуация может быть следствием нескольких причин. Например, из-за отсутствия возможности оптимально подготовить почву к посеву агрономически ценная структура теряется, в результате чего нарушается воздухообмен. Или же растительные остатки предшественника разлагаются медленно и не до конца. Причина этому — плохая водоудерживающая способность поверхностного горизонта и засушливые условия осеннего периода. 

Другой симптом — слабое развитие корневой системы. Это происходит из-за химических, физико-химических и биологических изменений свойств почвы. Например, если фосфор в дефиците, в прикорневой зоне усиливается щелочная реакция раствора и поглощающий комплекс теряет кальций. В итоге в корнеобитаемой зоне пашня переуплотнена, биологическая активность почвы низкая, а заражённость патогенами высокая. 

Если же слабо развивается вегетативная масса, значит, в почве наблюдается дефицит азота и дисбаланс основных элементов питания, ёмкость катионного обмена, обеспечивающая поглощение элементов питания, снижена, а водоудерживающая способность корнеобитаемого слоя плохая. И опять же почва сильно заражена патогенами. 

А если видно, что изменяются временные рамки вегетативных и генеративных фаз развития культур, значит, нужно обратить внимание на дефицит индикаторного элемента питания (для пшеницы в фазу формирования генеративных органов — содержание фосфора, для кукурузы — содержание цинка, для сахарной свёклы — бора), а также на плохую водоудерживающую способность корнеобитаемого слоя, из-за чего снижается обеспеченность растений водой.

Беда ростовских почв

Как уже было сказано, 73,7% ростовских почв подвержены дефляции, а 39,5% — водной эрозии. Во многих хозяйствах почву при длительном возделывании сельскохозяйственных культур на склонах крутизной до 3,5-4° просто смывает, что неминуемо приводит к деградации пашни. С 1990 по 2022 годы смыв почвы отмечали в 20 годах из 32-х. Впрочем, этот эрозионный процесс можно свести к минимуму, если применять почвозащитные севообороты. 

За 30 лет использования пашни без внесения удобрений содержание гумуса в почве региона уменьшилось на 0,11-0,25%. Эксперты отмечают, что сокращение процессов деградации и применение минеральных удобрений в дозах (N46, P24, K30) позволяет поддерживать воспроизводство плодородия почвы без дефицита, а применение многолетних трав и удобрений (N84, P30, К48) увеличивает содержание органического углерода с 3,8 до 4,09-4.12% 

Также, согласно данным экспертов, количество обменных оснований уменьшилось с 34,4-34,6 до 30,2-31,3 мг-экв 100 г почвы. 

Что делать?

По улучшению здоровья почв Ростовской области эксперты дают следующие рекомендации. Например, сохранить (а на отдельных участках и восстановить) почвенное плодородие на подверженных эрозии склонах поможет адаптивно-ландшафтная организация территории, применение почвозащитных севооборотов и конечно, почвозащитных обработок. Для этого необходимо придерживаться несложных правил:

• на землях, которые не подвержены ни водной, ни ветровой эрозии и расположены на водораздельном плато (и на пологих склонах до 1º) рекомендуются севообороты с 20% чистого пара, 20% пропашных культур и 60% колосовых озимых и яровых культур
  

• на эрозионно-опасных землях с крутизной склонов 1-2º эксперты рекомендуют севообороты с 10% чистого пара, 10% зернобобовых, 20% пропашных культур, 40% колосовых озимых и яровых культур и 20% многолетних трав
  

• на эрозионно-опасных и слабосмытых участках пашни крутизной 2-3º применяют усиленный комплекс агротехнических мероприятий. Рекомендуются севообороты с 40% многолетних трав, 20% пропашных культур и 40% колосовых озимых и яровых культур
  

• на эрозионно-опасных землях, слабо- или среднесмытых почвах на склонах крутизной 3-5º можно использовать севообороты с преобладанием культур сплошного сева или многолетние травы как кормовую базу для животноводства.
  

По итогам экспертного заседания участники составили список вопросов «на будущее». Среди них — классификация рисков ухудшения здоровья почв по типам, подтипам, рельефу, севообороту и виду обработки почв. В связи с этим необходимо будет найти методики управления биодоступностью элементов питания и биоразнообразием биоты, а также продумать процесс разложения пожнивных растительных остатков, чтобы сбалансировать гумификацию и минерализацию.

Также своей очереди ждёт применение технологий поддержания здоровья почв — сидератов, физиологически кислых или физиологически щелочных удобрений. И, конечно, необходимо будет оценить гидроморфизм почвы в поддержании её здоровья.