CC BY
51
УДК 523
ЭКОЛОГИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ЗЕМЛЕДЕЛИЯ И ЗАКОНА ПЛОДОРОДИЯ ПОЧВ
Юрий Степанович Ларионов
Сибирский государственный университет геосистем и технологий, 630108, Россия, г. Новосибирск, ул. Плахотного, 10, доктор сельскохозяйственных наук, профессор кафедры экологии и природопользования, тел. (383)361-08-86, e-mail: larionov42@mail.ru
Валерий Борисович Жарников
Сибирский государственный университет геосистем и технологий, 630108, Россия, г. Новосибирск, ул. Плахотного, 10, кандидат технических наук, профессор кафедры кадастра и территориального планирования, тел. (383)361-05-66, e-mail: v.b.jarnikov@ssga.ru
Ольга Александровна Ларионова
МОУ СОШ № 48, 456625, Россия, г. Копейск, ул. пр. Славы, 13 А, кандидат сельскохозяйственных наук, учитель, e-mail: udl973d@yandex.ru
Андрей Александрович Стуканов
Сибирский государственный университет геосистем и технологий, 630108, Россия, г. Новосибирск, ул. Плахотного, 10, аспирант кафедры экологии и природопользования, тел.(383)361-08-86
Основой закона плодородия почв (ЗПП) как ключевого фактора земледелия является синтез органического вещества и всей биоты в агроэкосистеме, разложение и трансформация его в сложные органо-минеральные комплексы, минерализацию, гумификацию и др. процессы. Последнее обусловлено рядом эдафитных и эпифитных процессов, имеющих прямое отношение к большому и малому круговоротам веществ в биосфере. ЗПП показывает, что плодородие почвы является возобновляемым ресурсом и высокую урожайность возделываемых культур можно получать практически без химизации, разработав новые технологические приемы в земледелии и растениеводстве. Подобные технологии на основе ЗПП способны обеспечивать не только стабильную урожайность, но и получать экологически чистую продукцию, наиболее востребованную для сохранения здоровья людей. Поэтому важно выделить основные экологические качества как земледелия, так и ЗПП, реализующего его потенциальные и реальные возможности.
Ключевые слова: почва, органическое вещество, минеральные элементы, гумус, биомасса, биосфера, экология, эволюция, закон плодородия почв.
ECOLOGICAL BASES OF AGRICULTURE AND THE SOIL FERTILITY LAW
Urij S. Larionov
Siberian State University of Geosystems and Technologies, 10, Plakhotnogo St., Novosibirsk, 630108, Russia, D. Sc., Professor, Department of Ecology and Environmental Management, phone: (383)361-06-86, e-mail: larionov42@mail.ru
Valeriy B. Zharnikov
Siberian State University of Geosystems and Technologies, 10, Plakhotnogo St., Novosibirsk, 630108, Russia, Ph. D., Professor, Department of Cadastre and Territorial Planning, phone: (383)361-05-66, e-mail: v.b.jarnikov@ssga.ru
Olga A. Larionova
Municipal State Funded High School № 48, 13A, Prospect Slavi St., Kopeisk, 456625, Russia, Ph. D., Teacher, e-mail: udl973d@yandex.ru
Andrej A. Stukanov
Siberian State University of Geosystems and Technologies, 10, Plakhotnogo St., Novosibirsk, 630108, Russia, Ph. D. Student, Department of Ecology and Environmental Management, phone: (383)361-08-86
Synthesis, decomposition and transformation (mineralization, humification etc.) of organic matter in agrosystem is a basis of soil fertility law as a main factor of agriculture. The transformation is caused by number of edaphitic and epiphytic processes directly related to large and small matter circulations in biosphere. The soil fertility law demonstrates that soil fertility is a renewable resource and a high yield can be produced with little doses of chemicals, only due to new agroecological techniques. The techniques based on the soil fertility law will provide both stable yield and ecologically pure products to preserve human health. Thus it is of high importance to identity the main environmental qualities of agriculture and the soil fertility law, realizing its potential and real opportunities.
Key words: soil, organic matter, mineral elements, humus, biomass, biosphere, ecology, evolution, soil fertility law.
Введение
В настоящее время большинство специалистов признает факт неудовлетворительного состояния окружающей среды в России и его негативного влияния на здоровье населения и экономику страны. Причина происходящего, по их мнению, состоит в неэффективной государственной природоохранной политики в течение многих лет. Признает это и правительство, предпринимая в последние годы серьезные усилия по преодолению сложившейся ситуации в стране и в ее наиболее проблемных регионах [1, 2]. Среди первоочередных мер [3-6]: введение в действие закона о стратегическом планировании, усовершенствованное правовое и информационное обеспечение территориального планирования, экологически обоснованные требования к сбережению сельскохозяйственных угодий и земель лесного фонда. Необходимость проведения экологической экспертизы большинства подготовленных к реализации проектов и многое другое. Тем не менее, проблемная ситуация жива [7] и особенно острой остается в сельскохозяйственном производстве - в состоянии его основных угодий, прежде всего, пашни и производимой на ней продукции [8], все чаще далекой от высоких экологических стандартов.
Причин этому много, но основной является все более углубляющаяся практика химизации сельскохозяйственного производства [9]. При этом спрос на экологически чистую продукцию растет, особенно в развитых странах, пришедших к пониманию, что высокие урожаи и их качество часто не совместимы. Поэтому так важно биоземледелие [10] и лежащий в его основе Закон плодородия почв (ЗПП). Закон гласит [11]: плодородие почвы в любой агроэкологиче-ской зоне пропорционально балансу органического вещества в ней и подвиж-
ных минеральных элементов, находящихся в биосферном круговороте. Биоземледелие и ЗПП в этом смысле являются основой новой экологической доктрины сельскохозяйственного производства в отличие от традиционной, построенной в основном на химизации; интенсивном использовании минеральных удобрений, пестицидов и других химических веществ, чуждых природе и наносящих большой экологический вред окружающим растениям и животным, микроорганизмам и человеку. При этом указанные последствия химизации достаточно известны, но отказываться от наработанных теорий. многолетней практики, производства огромных объемов минеральных удобрений и кажущихся современных успехов растениеводческой науки и практики всем очень непросто, но, по-видимому, придется. Альтернатива химизации в виде биоземледелия, базирующегося на ЗПП, корнеобороте и других биологических процессах, грядет, и это - тот качественно новый рывок, так необходимый отечественному АПК -стратегической отрасли экономики России [12].
Экологическая основа земледелия и ее развитие на пути к биоземледелию
Известно, что химизация сельскохозяйственного производства оказывает негативное влияние [13] на все окружающие экосистемы и здоровье населения. На долю экологических факторов приходится треть общих болезней населения в возрасте до 19 лет и около 20-25 % - всего населения, притом, что в целом ущерб от болезней оценивается в 18,9 % ВВП. По словам заместителя председателя научного совета РАН по проблемам экологии А. Яблокова, экологические проблемы только в России приносят 200 тыс. смертей в год [14].
Так что сельское хозяйство сегодня является экологически проблемной отраслью, многие детали которой часто замалчиваются. В связи с повсеместным падением плодородия почв и необходимостью разработки новых теорий и технологий, определения перспектив устойчивого развития в последние годы проделана большая работа [11-13, 15-17] по обоснованию ЗПП и биоземледелия как нового эволюционно-экологического направления развития отрасли. В основу разработок положены принципы и условия функционирования закона плодородия почв, без знания которого эффективно использовать почву как средство производства невозможно [5, 9]. Интенсификация современного сельскохозяйственного производства, базирующегося на минеральных удобрениях и пестицидах, это временный путь, требующий серьезной корректировки.
Поэтому так важно глубокое знание эволюционных законов сложнейших взаимодействий различных уровней организации материи [7, 14, 15], определяющих содержание сельскохозяйственной экологии и почвоведения, роль и значение почвы для биосферы и человечества как главного средства производства, способного обеспечить основную массу продуктов питания, и фактора круговорота веществ в биосфере [9]. И только новая парадигма, основанная на ЗПП, названная биоземледелием, базирующаяся на плодородии почвы как возобновляемом ресурсе, способна превратить сельскохозяйственную отрасль
в экономически рациональную, экологически допустимую и эволюционно вечную для всего человечества на планете Земля [14].
Биоземледелие как управляемый человеком процесс возделывания культурных растений и повышения плодородия почвы в конкретных агроэкологиче-ских условиях, основанный на взаимодействии с другими видами растений, животными, микроорганизмами, обеспечивающий их защиту от болезней, вредителей и сорных растений биологическим путем, является наиболее предпочтительным. Биоземледелие, основанное на ЗПП, базирующимся на синтезе органического вещества растениями и биогеохимическом взаимодействии такого вещества с материнской породой, выступает как эволюционно и экологически возобновляемый ресурс.
Биоземледелие [10], таким образом, представляет собой агротехнологиче-скую систему с тремя взаимодействующими блоками: блоком корнеоборота, эдафитным и эпифитным блоками, в которых осуществляются физико-биохимические процессы кругооборотов элементов минерального питания и защиты растений, смены одних видов живых организмов другими в пищевой цепи агроэкосистемы [4, 8, 13]. В результате на выходе системы биоземледелия появляется новое эмерджентное качество - плодородие. Поэтому при эволюцион-но и экологически правильной организации биоземледелия плодородие выступает как возобновляемый ресурс, а сельскохозяйственная отрасль становится эволюционно и экологически управляемой, способной вечно служить и кормить Человека.
В процессе разработки системы биоземледелия сформулированный [10-12] закон плодородия почв стал естественной основой обсуждаемой нами концепции. И вот почему.
Почва является одним из важнейших компонентов биосферы, продуктом ее эволюции, а ее плодородие в любой агроэкологической зоне пропорционально балансу органического вещества в ней и подвижных минеральных элементов, находящихся в биосферном круговороте. Важнейшими процессами в агро-экосистеме являются синтез органического вещества с последующим разложением и трансформацией его части в сложные органо-минеральные комплексы.
Таким образом, появление почвы и ее плодородия обусловлено, в первую очередь, синтезом органического вещества как в масштабах биосферы, так и в конкретной агроэкологической точке ландшафта.
Сегодняшние достижения в биологии, почвоведении, микробиологии, земледелии, растениеводстве и других науках показали, что в системе факторов плодородия почв содержанию и составу органического вещества принадлежит особое место. Органическое вещество и создаваемые на его основе в результате минерализации подвижные элементы минерального питания и специфический биогеохимический компонент - гумус, при взаимодействии с биотой, отличаются глобальным воздействием на всю почвенную систему и обеспечивают ее плодородие при возделывании сельскохозяйственных растений.
В этой связи следует выделить следующие основные агро- экологические функции органического вещества почвы: питательную, структурообразователь-
ную, регуляторно-круговоротную, энергетическую, защитную и санитарно-гигиеническую. Крайне негативна дегумификация почвы, приводящая к ухудшению агрохимических, агрофизических и биологических свойств почвы, уменьшению ее буферности и устойчивости к внешним факторам, падению противоэрозийной стойкости, к снижению способности инактивировать вредные соединения, загрязняющие окружающую среду. Воздействие же гумуса на комплекс агрономических свойств почвы всегда позитивно: связывают с его важнейшей ролью в повышении потенциального плодородия, урожайности сельскохозяйственных культур и улучшении качества растениеводческой продукции. Следует отметить [3, 4, 8-13, 15, 18, 19] особую роль органического вещества почвы как основного фактора круговорота минеральных веществ в биосфере.
В связи с этим становится очевидным, что решение проблемы воспроизводства плодородия почв тесно связано с качеством управления балансом органического вещества почвы. Указанный баланс показывает интенсивность синтеза органики и направленность процессов ее минерализации, гумификации в почве и в целом в агроэкосистеме. Эти процессы являются важной характеристикой для контроля и прогнозирования состояния эффективного и потенциального плодородия почв, в процессе их сельскохозяйственного использования. Они могут быть использованы для управления почвенным плодородием в масштабах отрасли на основе ГИС мониторинга. Важность, масштабность и сложность задач управления балансом органического вещества требуют применения системного подхода и моделирования. Анализ и обобщение данных научных исследований, производственного опыта и многочисленных технологических разработок [1-13, 18, 19] показали, что в основе управления потенциальным и эффективным плодородием почв, а также балансом органического вещества почвы (приход-расход) необходимо соблюдать в биоземледелии следующие аг-ро-экологические принципы.
1. Осуществлять контроль за органическим веществом почвы, являющимся основой ее потенциального и эффективного плодородия, формируемого на основе корнеоборота, эдафитных и эпифитных процессов и биогеохимических преобразований в различные минеральные и органо-минеральные соединения.
2. Поддерживать в почве оптимальные уровни и структуры органического вещества (содержание гумуса и негумифицированного органического и минеральных веществ).
3. Поддерживать регулирование процессов минерализации и гумификации органического вещества на основе оптимального соотношения углерода С и азота N (включением бобовых культур), являющегося одним из основных условий сохранения плодородия почв.
4. Обеспечивать для сохранения плодородия почвы постоянное обновление органического вещества в ней для осуществления процессов минерализации, гумификации, накопления гумуса и поддержания эдафитных процессов.
5. Осуществлять управление плодородием и воспроизводством органического вещества почвы путем активизации потоков вещества и энергии в системе
почва-растение-окружающая среда за счет использования методов биозащиты и разработки новых элементов систем земледелия, растениеводства, селекции и биотехнологии.
6. Осуществлять достижение запланированных урожаев сельскохозяйственных культур, получение экологически чистой продукции на основе постоянного мониторинга состояния органического вещества, минеральных элементов, гумуса почв и других показателей эффективного и потенциального их плодородия.
Комплексный подход к управлению балансом органического вещества почвы основан, таким образом, на достижении оптимальных, в т.ч. физических параметров гумусного состояния почвы, регулировании его не только внесением органических удобрений и посевом многолетних трав, но и уменьшением минерализации гумуса в результате внедрения почвозащитных обработок и поддержания в почве на оптимальном уровне содержания негумифицирован-ного органического вещества при введении в севообороты смесей разных видов пожнивных, поукосных, промежуточных культур, применения соломы, компоста, зеленых удобрений, а также повышением минерализации и эффективности гумификации свежего органического вещества, поступающего в почву, путем обеспечения в нем оптимального соотношении С:К, что, к тому же, снижает потребность в органических и минеральных удобрениях.
Заключение
Пранализировав агроэкологические функции почв, в полной мере проявляющиеся в процессе накопления органического вещества, играющего ведущую роль в формировании почвенного плодородия и условий реализации ЗПП, можно сделать вывод, что цель управления получением планируемых стабильных урожаев сельскохозяйственных культур высокого качества обуславливает обеспечение воспроизводства плодородия почв и охраны окружающей среды, являющихся главными задачами земледелия в любой агроэкологической зоне.
Главным объектом управления и мониторинга в реализации ЗПП являются: общий баланс органического вещества почвы, гумусовые вещества, негу-мифицированное органическое вещество, минеральные элементы и поступающее в почву свежее органическое вещество, т.е. баланс различных форм органического вещества в агроэкосистеме.
Основными технологическими приемами, средствами управления в земледелии и растениеводстве должны стать: корнеоборот, внесение в почву органических удобрений, возделывание в севооборотах смешанных посевов, в том числе сидератов на зеленое удобрение с оптимальным соотношением С: К; минимизация обработки почвы, микробиологические консорциумы, а также биометоды эащиты растений, обобщенно являющиеся основными условиями эффективного использования ЗПП и получения экологически чистой продукции.
Таким образом, управляя балансом органического вещества почвы, через выращивание многочисленных видов биоты, защищая почву и возделываемые
растения биологическими методами, мы управляем ее плодородием на основе ЗПП и принципов биоземледелия в целях получения экологической чистотой сельскохозяйственной продукции.
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
1. Вернадский В. И. Биосфера. - М. : Мысль, 1967. - 376 с.
2. Реймерс Н. Ф. Экология (теории, законы, правила, принципы, гипотезы). - М. : Журнал «Россия Молодая», 1994. - 367 с.
3. Березин Л. В., Кленов Б. М., Леонова В. В. Экология и биология почв. - Омск : Изд-во ФГОУ ВПО ОмГАУ, 2008. - С. 122.
4. Добровольский Г. В., Никитин Е. Д. Функции почв в биосфере и экосистемах. - М. : Наука, 1990. - 261 с.
5. Баланс углерода в черноземе выщелоченном при использовании его в различных севооборотах лесостепи Приобья / А. Н. Власенко, И. Н. Шарков, А. Г. Шепелев, Л. М. Само-хвалова, А. С. Прозоров // Сиб. вестник с.-х. науки. - 2009. - № 6. - С. 5-13.
6. Ковда В. А., Розанов Б. Г. Почвоведение. - М. : Высшая школа, 1983. - Ч. 1. - 400 с. - Ч. 2. - 368 с.
7. Ларионов Ю. С. Основы эволюционной теории (Концепции естествознания и аксиомы современной биологии в свете эволюции материи) : учеб. пособие. - Омск : ИП Скорня-кова Е В, 2012. - 233 с.
8. Кленов Е. М. Гумус почв Западной Сибири. - М. : Наука, 1981. - 144 с.
9. Кирюшин В. И. Теория адаптивно-ландшафтного земледелия и проектирование аг-роландшафтов. - М. : «КолосС», 2011. - 443 с.
10. Ларионов Ю. С. Биоземледелие и закон плодородия почв. - Сибирская гос. геодез. академ., Омский ГАУ, Омск, 2012. - 207 с.
11. Биоземледелие - новая парадигма сельскохозяйственного производства и повышения плодородия почв / Ю. С. Ларионов, О. А. Ларионова, Е. И. Баранова, Б. В. Селезнев. -СГУГиТ, Новосибирск, 1 и 2 том. - 2016. - 288 с. и 209 с.
12. Ларионов Ю. С. Альтернативные подходы к современному земледелию и наращиванию плодородия почв (новая парадигма) // Вестник СГГА. - 2013. - Вып. 1 (21). -С. 49-60.
13. Овсянников Ю. А. Теоретические основы эколого-биосферного земледелия./ Ю.А. Овсянников. - Екатеринбург, изд. Уральского ГУ, 2000. - 263 с.
14. Ларионов Ю. С. Ларионова Л. М., Логинов Ю. П. Основы общей экологии и устойчивости биосферы. - Тюмень, 2009. - 442 с.
15. Орлов Д. С. Гуминовые вещества в биосфере. - М. : Наука, 1993. - С. 14.
16. Петров Н. В. Живой космос. - С-Пб : ООО «Береста», 2011. - 420 с.
17. Петров Н. В. Витакосмология основа для понимания реального знания. - С-Пб: ООО «Береста», 2013. - 388 с.
18. Сафонов А. Ф. Воспроизводство плодородия почв агроландшафтов: учебное пособие. - М.: изд-во РГАУ МСХА имени К. А. Тимирязева, 2011.- 390 с.
19. Сорокин И. Б. Возобновляемые биоресурсы повышения плодородия пахотных почв подтаёжной зоны Западной Сибири // докт. Диссерт. - Омск, 2013.
© Ю. С. Ларионов, В. Б. Жарников, О. А. Ларионова, А. А. Стуканов, 2018
