Агроэкологическая оценка сельскохозяйственных культур. Агробиоценотические основы земледелия

Наибольшей засухоустойчивостью  обладают культуры – выходцы из жарких стран. Большой засухоустойчивостью  отличаются, как правило, культуры со сравнительно низким транспирационным коэффициентом, который свидетельствует о более продуктивном и экономном использовании влаги этими растениями.

Однако сложные процессы водопотребления и оптимизация  водного режима в системе «почва – растение – атмосфера» зависят  от многих факторов. И эта зависимость  выражается в водном балансе, который  может неоднозначно влиять на жизнь  живого растения. Для оптимизации водного режима особое значение имеют водно-физические свойства почвы – ее влагоемкость и водоудерживающая способность, водопроницаемость и водоподъемная способность, максимальная гигроскопичность и др. Чаще всего для агроэкологической характеристики растений по их отношению к водному режиму приводят оптимальные для них показатели влажности корнеобитаемого слоя почвы, выраженные в процентах от наименьшей влагоёмкости (НВ).

Например, для пшеницы, ржи, ячменя, сахарной свеклы, подсолнечника, люцерны этот показатель составляет 60–70%, для овса, картофеля, гречихи, гороха, клевера, кукурузы, конопли, сои  – 70 – 80, для огурца, мяты перечной, чая – 80–100, для риса более 100%.

Эти показатели позволяют  давать агроэкологическую оценку сельскохозяйственным культурам по их отношению как к недостатку, так и к избытку влаги. При перенасыщении почвы влагой сверх указанных пределов большинство полевых культур испытывает угнетение в результате нарушения воздушного режима и отравления корней растений токсинами, накапливающимися в почве в условиях анаэробиозиса. По этой же причине большинство полевых культур не выдерживает длительного затопления. В то же время некоторые многолетние травы из лугового растительного сообщества, такие, как канареечник тростниковидный, овсяница высокая, лисохвост, кострец безостый, могут выдерживать длительное затопление.

В районах избыточного  увлажнения и при близком залегании  грунтовых вод для агроэкологической  оценки сельскохозяйственных культур  большое значение имеет их отношение  к подтоплению, к глубине залегания  грунтовых вод. Играя большую  положительную роль в обеспечении  растений почвенной влагой, грунтовые  воды при их близком залегании  в зоне развития корневой системы  могут создавать угрозу жизни  растений из-за заболачивания (в гумидных условиях) или чрезмерного засоления почвы (в аридных условиях). Это начинает проявляться при критическом уровне грунтовых вод, когда растения угнетаются и погибают. Критический уровень грунтовых вод определяется капиллярным током воды в почве, образующим зону капиллярной каймы, в верхней части которой создается оптимальный для растений водно-воздушный режим. Глубина залегания верхней части капиллярной каймы, которая является зоной массового распространения корней растений, является оптимальной глубиной залегания грунтовых вод. Для различных сельскохозяйственных культур оптимальная глубина залегания пресных грунтовых вод неодинакова.

Отношение растений к основным свойствам почвы. Агроэкологическое  соответствие основных свойств почвы  требованиям растений к условиям произрастания предполагает реализацию принципа адаптивности при оптимизации структуры посевных площадей.

Почва как основной носитель земных факторов жизни растений и  среда, в которой осуществляются многочисленные обменные процессы между  почвой и растениями, должна обладать многими свойствами, способствующими  оптимизации условий жизни растений, и в которых собирательно проявляется  главное ее свойство – плодородие. К таким свойствам относятся прежде всего генетическое строение и гранулометрический состав почвы, от которых во многом зависят процессы ее водного, воздушного, теплового и пищевого режимов. Мощность гумусового и иллювиального горизонтов, свойства материнской породы, наличие подзолистого или карбонатного горизонта, их гранулометрический состав предопределяют весь комплекс физических, химических и биологических показателей плодородия почвы и агроэкологичес-кие условия, соответствующие требованиям тех или иных сельскохозяйственных растений.

Известно, что на песчаных и супесчаных в достаточном количестве удобренных почвах хорошо растут и  дают высокие урожаи озимая рожь, картофель, арбуз, дыня, тыква, сераделла, эспарцет, люцерна желтая, житняк сибирский, овес песчаный. На средне- и легкосуглинистых почвах лучше удаются посевы овса, гороха, гречихи, ячменя, подсолнечника, сорго, сои, фасоли, клещевины. Структурные суглинистые и глинистые почвы больше подходят для возделывания пшеницы, кукурузы, льна, конопли, сахарной свеклы, вики, клевера, сахарного тростника, кориандра.

Бесструктурные и слитые тяжелосуглинистые и глинистые  почвы мало пригодны для большинства сельскохозяйственных культур, но на них возможно возделывание риса, кукурузы, сахарного тростника, люцерны синегибридной, донника и некоторых других культур.

Для большинства сельскохозяйственных культур благоприятна слабокислая  и близкая к нейтральной реакция почвенного раствора. Однако среди них имеются растения, которые могут расти, развиваться и давать хороший урожай только при нейтральной или слабощелочной реакции (сахарная, столовая и кормовая свекла, капуста, люцерна, эспарцет и др.). В то же время люпин, сераделла хорошо растут на кислых почвах с рН 4,5–5,0 и отрицательно реагируют на щелочную и даже нейтральную реакцию почвенного раствора.

Значительная часть пахотных угодий на юге и востоке нашей  страны имеет повышенную концентрацию солей в почвенном растворе, что  вызывает засоление почвы разной степени. На этих почвах большое значение имеет солеустойчивость растений – их способность осуществлять полный цикл развития на засоленной почве и давать удовлетворительный урожай. По солеустойчивости растения делят на неустойчивые, среднеустойчивые и устойчивые.

Большинство сельскохозяйственных растений среднеустоичивы к засолению почвы, но особенно большой устойчивостью к высокой концентрации солей в почве обладают сахарная и столовая свекла, ячмень, рапс, хлопчатник, пырей бескорневищный, волоснец сибирский, донник желтый, житняк, овсяница высокая, лядвенец рогатый. В связи с высоким потреблением из почвы натриевых и других солей эти растения называют натрофилами, и некоторые из них, главным образом кормовые травы, используют для рассоления и биологического окультуривания засоленных почв.

Чувствительны и неустойчивы  к засолению почвы фасоль, различные  виды клевера, лисохвост, редис, сельдерей  и некоторые другие культуры. Такая реакция растений связана с уровнем плодородия почвы и прежде всего с наличием в ней элементов питания в доступной для растений форме – оксидов азота, фосфора, калия, кальция и др.

Запасы питательных веществ  в почве в условиях бездефицитного баланса должны соответствовать  потребности растений, в основе которой  лежит вынос питательных веществ  с урожаем.

Известно, что с урожаем  сельскохозяйственных культур из почвы  отчуждается большое количество питательных веществ, и их вынос  существенно различается по видам  сельскохозяйственных культур как по соотношению, так и по общему их количеству. С этим обстоятельством тесно связаны агрохимические причины чередования культур в севооборотах.

Но даже на хорошо окультуренных  плодородных почвах запасов доступных  для растений питательных веществ  не хватает для получения высоких  урожаев. Такие урожаи должны быть обеспечены за счет внесения органических и минеральных  удобрений в расчете на запланированный  уровень урожайности. В почве  имеются большие запасы питательных  веществ в недоступной для  растений форме, и благодаря взаимодействию растений с почвой они могут быть переведены в растворимые формы. Вынос питательных веществ с  урожаем является не только показателем  потребления земных факторов жизни, но и важным фактором воздействия  растений на почву.

Влияние сельскохозяйственных культур на почву и другие элементы агроландшафта. При агроэкологическом обосновании структуры посевных площадей сельскохозяйственные растения необходимо рассматривать как объекты, не только требующие удовлетворения их потребностей в основных факторах жизни, но и оказывающие с учетом особенностей биологии и технологии их возделывания многостороннее экологическое воздействие на почву, атмосферу, гидрологию и другие элементы окружающей среды. К тому же приемы оптимизации условий жизни растений – водного, теплового, светового, воздушного, пищевого режимов – в современном земледелии носят комплексный характер и воздействуют на всю систему «почва – растение – окружающая среда».

Чутко реагируя на изменение  условий жизни, растения постоянно  изменяют характер своего воздействия  на окружающую среду. Потребление воды и питательных элементов, особенности процессов фотосинтеза, дыхания растений, их роста и развития, морфология растений, глубина проникновения, строение и масса корневой системы, интенсивность и характер воздействия корневых выделений на почву, симбиотическая и ассоциативная фиксация азота атмосферы и многие другие процессы и явления, связанные с жизнедеятельностью растений, вызывают существенные изменения в почве, атмосфере и в других элементах окружающей среды.

Эти изменения могут найти  отражение в динамике интенсивности  и качественного состава воздухообмена  между почвой и атмосферой, химического  состава почвенного поглотительного  комплекса, физического состояния  и биоты почвы, в степени ее устойчивости против эрозии и в конечном итоге в агроэкологической функции агроландшафта, в его способности сохранять длительное экологическое равновесие.

Во всем многообразии взаимодействия сельскохозяйственных растений с окружающей средой необходимо выделить их главную  функцию – природоохранную (экологическую). Она тесно связана с реализацией  принципа зелено-белого ковра.

Известно, что в естественных условиях почва надежно защищена от разрушения с помощью лесной, луговой или степной растительности, а в зимнее время – снежным  покровом. Как и в естественном фитоценозе, в агроландшафте зеленый покров возделываемых растений должен защищать почву от эрозии и от ее пагубных для экологии последствий в течение всего теплого периода года.

Сельскохозяйственные культуры различаются по почвозащитной функции. Она определяется особенностями  биологии и морфологии их надземных  и подземных органов, началом  и продолжительностью периода вегетации, технологией возделывания культур  и связанной с ними продолжительностью и площадью проективного покрытия почвы  растениями в эрозионно опасные периоды – во время снеготаяния и ливневых дождей.

Посевы многолетних трав в теплый период года надежно укрывают поля своим зеленым покровом, а  мощная дернина цементирует и  защищает почву от водной и ветровой эрозии круглый год. Несколько меньшей, но достаточно высокой почвозащитной  функцией обладают посевы озимых, а  также промежуточных культур. В  то же время установлены полная беззащитность  против водной эрозии и дефляции полей  чистого пара, а также очень  слабая защищенность полей с пропашными культурами. Эти поля, как и поля с посевами всех яровых культур, совершенно беззащитны в эрозионно-опасный  период.

Группировка сельскохозяйственных культур по почвозащитной функции  имеет большое значение для их агроэкологической оценки и размещения по соответствующим элементам агроландшафта. Руководствуясь этими данными, можно сделать вывод о недопустимости размещения на эрозионно-опасных склонах чистых паров и посевов пропашных культур, и о необходимости посева многолетних трав для защиты почвы от водной эрозии.

Для биологизации и экологизации земледелия большое значение имеет наличие в структуре посевных площадей посевов сельскохозяйственных культур из семейства бобовых, способных фиксировать и накапливать в почве атмосферный азот.

Люцерна, клевер и другие многолетние бобовые травы при  высоком урожае надземной массы  могут ежегодно фиксировать по 200–400 кг/га экологически чистого атмосферного азота, что может быть приравнено к внесению в почву от 0,5 до 1 т/га дорогостоящей аммиачной селитры. Несколько меньшей, но достаточно высокой азотофиксацией – 100–250 кг/га – обладают различные виды люпина, кормовые бобы, соя, донник, сераделла. Горох, фасоль, нут, чина, чечевица в зависимости от уровня урожайности могут фиксировать от 50 до 180 кг/га атмосферного азота.

По данным Г.С. Посыпанова, расширение площади посевов бобовых культур в структуре посевных площадей России до оптимальных размеров позволило бы включать в оборот земледелия страны свыше 5 млн т биологического азота, добытого растениями-азотфиксаторами из атмосферы.

Важную роль биологического азота в земледелии отмечал еще  Д.Н. Прянишников, широко пропагандируя  в первой половине XX в. идею люпинизации – обогащения почвы органическим азотом. С люпином, его способностью фиксировать атмосферный азот, расти на кислых почвах и давать большую вегетативную массу связана технология окультуривания песчаных и супесчаных почв Нечерноземной зоны. Эти почвы, расположенные, как правило, в зоне промывного водного режима, имеют высокую кислотность, малое содержание гумуса и низкую поглотительную способность. Все виды люпина помимо способности фиксировать атмосферный азот и накапливать его в почве могут усваивать фосфор труднодоступных фосфатов почвы и улучшать фосфорное питание культур, следующих за ними в севообороте.

Обладая высоким геотропизмом, люпин после прорастания быстро проникает своим стержневым корнем через верхний слой бесплодного  песка в подстилающую его глинистую  морену и образует там хорошо разветвленную  корневую систему. Благодаря этому  он использует влагу и растворенные в ней питательные вещества, вымытые  из верхних слоев почвы, и формирует  большую надземную массу (40–50 т/га), которая богата азотом, фосфором, калием и другими питательными веществами и используется в качестве зеленого удобрения.