Плодородие почв: проблемы, перспективы сохранения и повышения

Сохранение и воспроизводство плодородия различных типов почв являются важным условием эффективного и устойчивого развития агропромышленного комплекса, стабильности производства сельскохозяйственной продукции. Деградация почв в России отчетливо прослеживается фактически во всех регионах, отметила Нина Масютенко, доктор с-х наук, профессор, главный научный сотрудник лаборатории агропочвоведения ФГБНУ «Курский федеральный аграрный научный центр» в рамках вебинара, организованного на платформе «Свое Фермерство». Специалист подробно рассказала о причинах, которые способствуют снижению плодородия почв, основных аспектах, направленных на улучшение агрохимических, агрофизических и биологических свойств почв, значении органических удобрений, пожнивных остатков, лежащих в основе повышения показателей гумуса и улучшения качества почвы.

Плодородие почв – это способность почвы удовлетворять потребность растений и обеспечивать условия для их нормальной жизнедеятельности, включающая:

• достаточное количество питательных веществ в подвижной форме;
• возможность трансформации их в почвенный запас и обратно;
• водный, воздушный и тепловой режимы;
• устойчивость к неблагоприятным факторам, супрессивность, буферность;
• пригодность для использования современных технологий возделывания культур.

Выделяют естественное (потенциальное) плодородие и эффективное (естественное-антропогенное) плодородие.

Естественное (потенциальное плодородие) присуще каждой почве, оно формируется в процессе развития почв под влиянием природных факторов почвообразования и определяется:

• мощностью гумусового горизонта;
• содержанием гумуса;
• запасами питательных веществ;
• интенсивностью микробиологических процессов;
• естественным водным, воздушным и тепловым режимами почвы.

Эффективное (естественно-антропогенное) плодородие – та часть потенциального плодородия, которая реализуется при конкретных условиях, зависит от способа и от степени его мобилизации при использовании почвы (обработка, применение удобрений, мелиорация, возделываемые растения и др.) и от эффективности дополнительно привнесенных факторов роста и развития растений, оценивается получаемой урожайностью сельскохозяйственных культур. При большом потенциальном плодородии почв эффективное может быть небольшим, и наоборот, при существующем уровне агротехники можно обеспечить высокое эффективное плодородие – высокий урожай на почвах с невысоким естественным плодородием.

Показатели плодородия в большинстве случаев взаимосвязаны между собой. Некоторые из них основополагающие, определяющие состояние всех почвенных процессов.

Исследования ФГБНУ «Курский ФАНЦ» показали высокую связь между показателями плодородия почвы чернозема типичного и урожайностью озимой пшеницы. Были исследованы три группы показателей – это показатели гумусного состояния почвы (показатели органического вещества), агрохимические, агрофизические и биологические показатели почвы.

В ходе исследования учеными был сделан вывод, что на урожайность озимой пшеницы очень высокое влияние оказывают подвижные гумусовые вещества, рНсол, плотность почвы. Высокое влияние оказывает сумма обменных оснований, подвижные гуминовые кислоты, подвижный фосфор, гумус.

Кроме этого, учеными определялась связь показателей плодородия почвы с показателями качества озимой пшеницы.

Также ученые исследовали цикл связей и влияния озимой пшеницы на другой показатель качества зерна – клейковину. Очень высокую связь и влияние на содержание клейковины в зерне озимой пшеницы оказали содержание подвижного фосфора, подвижные гумусовые вещества, биологическая активность почвы, сумма обменных оснований кальция, подвижные гуминовые кислоты и т.д.

Известно, что в большинстве почв России отмечается снижение содержания гумуса, ухудшение его качества, идет процесс дегумификации, отрицательный баланс гумуса в почвах.

В результате этого в процессе сельскохозяйственного использования в чернозёмных пахотных почвах ЦЧР по сравнению с целинными почвами наблюдается снижение:

• содержания гумуса на 25-50%;
• подвижных гумусовых веществ на 30-50%;
• негумифицированного органического вещества в 2-4,5 раза в зависимости от степени эродированности и местоположения в рельефе.

Недостаточное поступление в почву свежего органического вещества

Если в 90-е годы в среднем на гектар пахотных почв вносили примерно 3,5-4 т/га органических удобрений, то сейчас у нас вносится 0,4-0,5 т/га органических удобрений. Из общей массы вносимых удобрений на органику приходится только 5-6%.

Насыщение севооборотов пропашными культурами

Пропашные культуры обладают повышенной минерализацией по отношению к гумусовым веществам, находящимся в почве, и оставляют меньшее количество пожнивно-корневых остатков по сравнению, например, с травами либо зерновыми культурами.

Недостаточное возделывание многолетних трав

Многолетние травы, в особенности, бобовые, способны обеспечить бездефицитный баланс гумуса в связи с тем, что они оставляют большое количество растительных остатков после себя. За счёт этих остатков в почву поступает много новообразованного гумуса.

Эрозия почвы

С 2005 по 2018 гг. внесение органических удобрений на 1 га посева сельскохозяйственных культур в Курской области составляло 0,19-0,42 т, что соответствует 2,7-6,0% от требуемого количества в год. Даже под пропашную культуру – сахарную свёклу, которая способствует усиленной минерализации почвенного гумуса, вносят недопустимо малое количество органических удобрений 0,1-0,6 т/га. Максимальный объем внесения был зафиксирован только в 2005 г. - 2,1 т/га.

Наилучшая ситуация в плане внесения органики в почву – в Белгородской области, где в 2020 г. в среднем вносилось по 2 т/га органических удобрений. Такая положительная динамика достигнута благодаря наличию на территории области предприятий, которые производят компост, органические удобрения.

Для решения проблемы необходим комплексный подход, требуется организация предприятий по производству органических удобрений. Отсутствующие предприятия не должны стать препятствием для внесения органики – само хозяйство должно быть заинтересовано в том, чтобы все органические остатки, побочную продукцию сельхозпроизводства вносить в почву вместе с азотными удобрениями.

Следующей проблемой, существующей на сегодняшний день в России является то, что в большинстве почв на территории России снижаются запасы основных питательных элементов, так как баланс элементов минерального питания растений в земледелии и кормопроизводстве России много лет отрицательный, а соотношение азота, фосфора и калия далеко от оптимального и научно обоснованного значения.

Рост урожаев и качество продукции (высокое содержание белка и клейковины) всегда сопровождается увеличением выноса N, P, K.

Средний объем применения минеральных удобрений (д.в.) в год за пятилетний период, рассчитанный д.т.н факультета почвоведения МГУ Д.М. Хомяковым (2021 г.) с использованием данных Росстата:

• 2001-2005 гг. – 1,4 млн т
• 2006-2010 гг. – 1,8 млн т
• 2011-2015 гг. – 1,9 млн т
• 2016-2020 гг. – 2,6 млн т

Третья проблема, которая очень важна при оценке состояния плодородия почв – это то, что в стране продолжается увеличение доли и площади кислых пахотных почв. Они выявляются уже в южных регионах страны, при этом снижается эффективность агротехнологий, качество урожаев.

Связано это, прежде всего, с:

• применением физиологически кислых минеральных удобрений, выпадением кислых атмосферных осадков, стимулирующих отчуждение из пахотного слоя почвы кальция и магния за счёт внутрипрофильной миграции (вымывания) и выноса с урожаями;
• уменьшением темпов известкования почв. На 1 га в среднем необходимо вносить 6-9 т известковых материалов с периодичностью 5-7 лет, с учетом типа почвы, гидролитической кислотности и других параметров;
• наблюдается рост урожаев и качества продукции всегда сопровождается увеличением выноса Ca, Mg. К примеру, со 100 млн т зерновых колосовых выносится в год кальция до 1 млн т, магния до 0,8 млн т.

По данным государственного учёта в целом по стране в составе эродированных сельскохозяйственных угодий средне- и сильноэродированные почвы занимают 26%.

Наиболее подвержены эрозии и дефляции сельскохозяйственных угодья (в т. ч. и пашня) в Поволжском, Северо-Кавказском, Центрально-Черноземном и Уральском регионах. В результате эрозии и дефляции почв недобор урожая на пашне достигает 36%, на других угодьях – до 47%.

Эти проблемы почв возникли не вчера, и не одно десятилетие назад, считает эксперт.

По данным государственного национального доклада о состоянии и использовании земель в Российской Федерации в 2015 г. (2016) водной эрозии было подвержено 17,8% площади сельскохозяйственных угодий. Наиболее опасными в эрозионном отношении являются территории следующих округов:

• Приволжский федеральный округ – 50%;
• Южный Федеральный округ – 16%;
• Центральной федеральный округ – 13%.

На дерново-подзолистых почвах в лесной зоне ЕТ РФ накапливаются большие запасы снега и преобладает эрозия талыми водами.

На серых лесных почвах и черноземах в лесостепных районах наблюдается эрозия талыми и ливневыми водами весной и летом.

В степных районах на чернозёмах и в сухостепных – на каштановых почвах юга ЕЧ РФ наблюдается смыв почвы, вызываемый ливнями.

Для южных районов Западной Сибири характерны эрозия талыми водами.

Большинство районов Северного Кавказа и юга Дальнего Востока относятся к зоне ливневой эрозии.

Следует отметить, что ухудшение состояния почвенных ресурсов является общемировой тенденцией. Как отмечается в докладе Продовольственный и сельскохозяйственной организации объединённых наций (FAO) «Состояние почвенных ресурсов мира», разработанным Межправительственной группой экспертов, в которую входит около 200 почвоведов из шестидесяти стран мира, состояние почвы в мире резко ухудшается вследствие следующих причин:

• эрозии;
• снижении содержания питательных веществ в почвах;
• потери органического углерода;
• заиления почв и других угроз.

Основным выводом доклада звучит то, что в мире эрозия:

• уносит от 20 до 40 млрд т верхнего слоя почвы ежегодно;
• значительно снижает урожайность сельскохозяйственных культур.

Без принятия мер по снижению эрозии к 2050 г. потери зерна могут составлять более 253 млн т, что эквивалентно 1,5 млн км² сельскохозяйственных угодий и равняется площади всей пахотной земли такой страны, как Индия.

Снижение содержания органического вещества, гумусовых веществ в почве, увеличение кислотности сопровождается:

• ухудшением структурно-агрегатного состояния;
• ухудшением агрохимических и биологических свойств;
• падением урожаев сельскохозяйственных культур;
• частичной утратой функций органического вещества почвы.

Последствия для эродированных почв:

• пониженное (по сравнению с неэродированными) содержание гумуса, ухудшение его состава;
• ухудшение агрохимических, агрофизических и биологических свойств почвы;
• падение урожая сельскохозяйственных культур.

Элементы и факторы, лимитирующие плодородие почвы:

• избыточная кислотность;
• обилия солей;
• высокая плотность;
• нехватка влаги;
• заболоченность ввиду избытка воды;
• неоднородность микрорельефа;
• слишком слабый, тонкий корнеобитаемый слой;
• химический и биологический токсикоз;
• избыточная щёлочность;
• высокая глинистость;
• нехватка тепла;
• недостаточная аэрация;
• большой уклон, препятствующий задержанию влаги и питания.

В настоящее время большая часть урожая сельскохозяйственных культур формируется за счёт мобилизации запасов почвенного плодородия без адекватной компенсации выносимых элементов питания, превышающих в целом ряде случаев уровень их внесения с удобрениями в 4-5 раз, что приводит к отрицательному балансу питательных веществ и гумуса, создаёт условия для усиления деградационных процессов.

Считается, что способность постоянно предоставлять «природно-ресурсный» кредит, как это происходит на протяжении последних 30 лет, пока ещё не до конца исчерпана.

В случае сохранения действующего подхода, не соответствующего принципам устойчивого развития, пределы роста отрасли будут обусловлены ежегодно уменьшающимся потенциалом плодородия российских почв.

Оценка ситуации в данной сфере была дана на заседании и в решении Президиума Совета законодателей РФ при Федеральном Собрании РФ 18,12.2020 г. «О мерах по обеспечению плодородия земель сельскохозяйственного назначения».

В Стратегии национальной безопасности РФ предусмотрено, что обеспечение продовольственной безопасности осуществляется, в том числе, за счет повышения плодородия почв, предотвращения истощения и сокращения площадей сельскохозяйственных земель и пахотных угодий. При этом сохранение, восстановление и повышение плодородия почв земель сельскохозяйственного назначения являются составляющими развития и совершенствования агропромышленного комплекса РФ.

Основные показатели, по которым можно провести оценку плодородия почв в хозяйстве:

• содержание гумуса в почве;
• содержание гидролизуемого азота;
• содержание подвижного фосфора;
• содержание подвижного калия;
• рН водный;
• рН солевой;
• содержание обменных оснований Ca и Mg;
• гидролитическая кислотность;
• содержание микроэлементов.

Дополнительные показатели:

1. Гранулометрический состав.
2. Структура почвы (содержание агрономически ценных и водопрочных агрегатов).
3. Плотность почвы.
4. Влагоемкость почвы.

Пути регулирования плодородия почвы

1. Основой сохранения (воспроизводства) и управления плодородием почв являются:
2. Поддержание бездефицитного баланса гумуса;
3. Обеспечение баланса питательных элементов на заданном уровне с учетом планируемых урожаев.
4. Химическая мелиорация (регулирование кислотности почвы).
5. Обеспечение агрофизического состояния почвы благоприятного для возделывания сельскохозяйственных культур.
6. Поддержание биологического состояния почвы, обеспечивающего уравновешенность процессов минерализации и гумификации органического вещества и благоприятные условия для возделывания сельскохозяйственных культур.

По словам эксперта, следует иметь Систему управления плодородием почв в хозяйстве, направленную на его улучшение, на 5-7 лет или более долгосрочную перспективу и на каждый конкретный год подробно с учетом состояния плодородия почвы и планов по возделываемым культурам, их планируемой урожайности.

При современном уровне обеспеченности сельских товаропроизводителей материально-техническими ресурсами большая часть урожая сельскохозяйственных культур формируется за счет мобилизации запасов почвенного плодородия без адекватной компенсации выносимых элементов питания, что приводит к отрицательному балансу питательных элементов и гумуса в почве и создает условия для усиления деградационных процессов.

Поэтому актуальны и практически необходимы научно обоснованные Системы управления плодородием почв в хозяйстве, наличие паспорта полей в каждом хозяйстве и систематический контроль не реже 1 раза в пять лет за плодородием почвы.