Теоретические основыэколого-биосферного земледелия

Миллиарды лет эволюция жизни и биосферы направлялась законами природы. Однако несколько миллионов лет назад природа наделила одного из представителей животного мира разумом. Когда первые антропоиды, а позднее Homo sapiens развивались в чреве матери природы, ничто для них не предвещало опасности. Все текло своим чередом. Но со временем человек овладел достижениями научно–технического прогресса и превратился в могущественное существо. Он стал все активнее и активнее вмешиваться в естественный ход развития биосферы. В результате этого в ней произошли сначала локальные, а затем и глобальные изменения. Прогнозные исследования показывают, что при сохранении существующего уровня антропогенной трансформации биосферы полное ее истощение произойдет за несколько столетий [147].

Немалую долю в нарушение глобальных круговоротов веществ в биосфере вносит сельское хозяйство. В первых частях работы уже рассматривались проблемы, связанные с усилением миграции элементов минерального питания из пахотных почв при внесении минеральных удобрений и загрязнением окружающей среды пестицидами. Но воздействие аграрной отрасли на биосферу значительно шире, и поэтому в настоящей главе мы продолжим обсуждение этого вопроса.

6.1. Биосфера и масштабы ее сельскохозяйственного преобразования

Земля как космическое тело существует 4,0—4,5 млрд. лет. Образование на ней биосферы совпадает со временем появления жизни, зародившейся 2,7—3,1 млрд. лет назад. Биосфера никогда не находилась в абсолютно устойчивом состоянии, так как входящие в ее состав компоненты постоянно изменялись. Каждый период в развитии биосферы характеризовался определенным составом, массой и специфичностью воздействия живых организмов на окружающую среду. Согласно расчетам американских ученых, на Земле за всю ее историю существовало более 500 млн. видов живых организмов. На сегодняшний же день их насчитывается всего несколько миллионов [228].

Обычно к самым мощным факторам, изменяющим внешний облик планеты, относят геологические силы. Это объясняется тем, что они в течение короткого промежутка времени способны перемещать огромные массы вещества. Результаты взаимодействия живой материи с окружающей средой на протяжении жизни одного или даже нескольких поколений людей не ощутимы. И поэтому участие живых организмов в изменении окружающего нас мира долго оставалось незамеченным. Вместе с тем, если учитывать длительный период времени, измеряемый многими миллионами лет, в течение которого планета постоянно подвергалась воздействию живой материи, то оказывается, что произошедшие на ней изменения сравнимы с последствиями сильнейших геологических катастроф. Роль живых организмов в этих процессах была раскрыта в учении о биосфере, созданном В. И. Вернадским [103,104].

Основными функциональными единицами биосферы являются экосистемы различного уровня. Они представляют собой исторически сложившиеся образования, включающие в себя биотические сообщества и абиотическую среду. Внутри каждой экосистемы имеются свойственные ей потоки энергии и круговороты веществ [87]. При этом часть вещества и энергии выходит за их границы или, наоборот, получается извне. В результате такого взаимодействия между экосистемами устанавливается равновесный обмен, что, в конечном итоге, и обеспечивает стационарность биосферы. Формирование устойчивых потоков вещества и энергии в крупных экосистемах обеспечивают более мелкие — биогеоценозы. Под биогеоценозом понимают однородный участок земной поверхности с определенным составом живых и косных компонентов [418]. Обычно он включает в себя все типы живых организмов: продуцентов, консументов и редуцентов. В процессе их жизнедеятельности в биогеоценозе формируется свойственный для него круговорот веществ. При увеличении или уменьшении доли участия в биогеоценозе растений, микроорганизмов или животных, происходящем в результате воздействия каких-либо факторов, сообщество или переходит на более высокий уровень организации, или, наоборот, начинает деградировать, что вызывает соответствующие изменения в сопредельных экосистемах.

На первых этапах развития земледелия посевы сельскохозяйственных культур занимали небольшую площадь, и антропогенное воздействие на биосферу носило локальный характер. Но быстрый рост численности населения, наблюдаемый в последние столетия во всех без исключения странах, и необходимость увеличения производства продуктов питания способствовали тому, что в очень короткий промежуток времени огромные пространства естественных ландшафтов превратились в сельскохозяйственные угодья. Ввод в эксплуатацию новых земель, как правило, осуществлялся за счет вырубки лесных массивов. За всю историю земледелия (около 5—7 тыс. лет) их площадь сократилась с 6,2 до 4,2 млрд. га. В отдельных странах территории под лесами сократились более чем вдвое [451], а доля распаханных земель в структуре сельскохозяйственных угодий достигла 80 и более процентов. К концу XX столетия общая площадь пашни от всей поверхности суши составила 11%. С учетом лугов и пастбищ в сельскохозяйственный оборот вовлечено не менее 30% территории материков [218]. Такие масштабы трансформации природных экосистем, даже без учета площадей, которые занимают города, различные сооружения, постройки и дороги, не могли не отразиться на состоянии биосферы. Полагают, что уничтожение естественных экосистем и интенсивное освоение поверхности планеты нарушают гидрологический и температурный режимы больших территорий, а также циркуляцию воздушных потоков. Это, в свою очередь, становится причиной климатических изменений. В конце XX в. участились случаи возникновения засух, оттепелей, похолоданий, сильных ветров, перерастающих в ураганы [350].

Следует отметить, что в сельскохозяйственный оборот вовлечены территории, которые ранее по своему вкладу в процессы, происходящие в биосфере, оказывали решающее влияние. В первую очередь распахиваются более плодородные земли. Они обеспечивали в естественных экосистемах образование значительных объемов органического вещества и, следовательно, в решающей степени определяли состояние экосистем. Поэтому судить о реальном размахе преобразований только по степени распаханности земель было бы ошибочно. На сегодняшний день используется около 70% пригодных для сельского хозяйства почв.

Вовлечение в хозяйственный оборот новых земель сопровождается разрушением старопахотных. Ежегодно в результате водной и ветровой эрозии, опустынивания на планете теряется около 10 млн. га сельскохозяйственных угодий. Всего за всю историю земледелия было потеряно примерно 2 млрд. га земель. Часть их превратилась в пустыню. На землях, утративших хозяйственное значение, происходит естественное или искусственное восстановление растительности. Но это происходит медленно. И участие таких территорий в поддерживании процессов, происходящих в биосфере, незначительно.

Приведенные примеры свидетельствуют, что и сельскохозяйственная отрасль может быть причиной глубоких изменений в биосфере. В связи с этим основные принципы земледелия должны предусматривать максимально возможное сохранение и передачу агроэкосистемам всех внутренних и внешних биогеохимических потоков, существовавших до освоения территорий. Только органическое слияние сельскохозяйственных ландшафтов с окружающей природой, о чем ратовал еще В. В. Докучаев, позволит поддерживать продуктивность агроэкосистем на высоком уровне при одновременном выполнении ими биосферных функций. Полная реализация этого замысла, ввиду чрезвычайной сложности, в истории земледелия не имеет примеров. Однако стремительно надвигающийся экологический кризис ставит перед нами в качестве первоочередной задачи разработку новых систем земледелия, которые бы не нарушали естественный ход развития биосферы.

6.2. Природоохранные формы земледелия

Многочисленные проблемы, возникающие в результате применения агрохимикатов, особую остроту приобрели в странах с высоким уровнем химизации, в таких как Дания, Голландия, Швеция, Германия, Франция, США и ряде других. Природоохранные и различные административные структуры этих государств были обеспокоены загрязнением продуктов питания, попаданием ядохимикатов, азотных и фосфорных удобрений в водные объекты. Это создало предпосылки для возникновения ферм, которые сократили или полностью отказались от применения минеральных удобрений и пестицидов. Появлению таких хозяйств способствовали и экономические трудности. В середине второй половины текущего столетия капиталистические страны охватил энергетический кризис. В период с 1970 по 1982 г. мировые цены на нефть увеличились с 3 до 35 долл. за баррель. Следствием этого явилось удорожание агрохимикатов, что ограничило возможности их использования.

В связи с участившимися случаями потребления загрязненных продуктов питания и отравления нитратами в 70‑е гг. за рубежом резко увеличился спрос на экологически чистую продукцию. Несмотря на более высокую цену, объем ее производства в этот период в США увеличился в 6 раз и в стоимостном выражении достиг 3 млрд. долл. В этой стране к 1985 г. появилось более 20 тыс. ферм, которые не применяли средства химизации и поставляли на рынок экологически безопасные продукты растениеводства и животноводства. К 1987 г. их число достигло 30 тыс. Аналогичные процессы происходили и в Европе. К 1984 г. число таких хозяйств в Австрии достигло 700, Швейцарии—500, Франции — 3—4 тыс. В Германии количество альтернативных хозяйств с 1981 по 1986 г. увеличилось в два раза и к 1988 г. достигло 1930 ферм. Рост их численности наблюдается и в настоящее время. В 1993 г. в Германии альтернативные формы земледелия использовались на площади более 127 тыс. га (в 4385 хозяйствах). В целом по 12 странам ЕЭС в середине 90‑х гг. было зарегистрировано более 10 тыс. экологических ферм. Правда, объем производимой продукции, выращиваемой без применения минеральных удобрений и пестицидов, пока еще невелик и составляет 1—3% от общего количества. Однако, по данным Международной федерации движений органического сельского хозяйства (IFOAM), он в ближайшие годы увеличится до 20% [444, 445, 591, 607, 98]. Достоверность этого прогноза подтверждается результатами специальных исследований. По данным американских специалистов, 44% фермеров США считают, что им необходимо начать внедрение технологий выращивания сельскохозяйственных культур, исключающих применение средств химизации [445].

Во многих странах в 80—90‑х гг. были приняты государственные программы, направленные на сокращение применения средств химизации и поощрение перехода на природоохранные формы земледелия. Правительства Индонезии и даже Пакистана отказались поддерживать программы развития сельского хозяйства, предполагающие использование пестицидов. В Швеции, Дании и Голландии принимаются меры по снижению объемов применения агрохимикатов. Для этого вводятся различные экологические налоги. В Дании налог взимается за несоблюдение требований по безопасному применению минеральных удобрений. В Австрии в 1986 г. введен "почвозащитный сбор". Его размер составляет 5 австрийских шиллингов за 1 кг действующего вещества азота, 3 шиллинга за 1 кг калия и 1,5 шиллинга за 1 кг фосфора. Правительством Швеции введен экологический налог, который составляет 0,60 шведской кроны за 1 кг азота и 1,2 шведской кроны за 1 кг фосфора. Размер установленного налога соответствует 10% стоимости удобрений. Налогом облагается и применение в сельском хозяйстве ядохимикатов [84].

Наряду с мерами принуждения широко используются и методы экономического поощрения перехода на экологически безопасные формы земледелия. Они в основном представлены различными финансовыми выплатами, компенсациями, субсидиями. Их получают фермеры, которые внедряют природоохранные технологии выращивания сельскохозяйственных культур и производят экологически безопасную продукцию. Так, в Финляндии фермерам в течение трехлетнего переходного периода в соответствии с природоохранной программой для сельского хозяйства предоставляются ежегодные выплаты в размере 1400—1800 марок, а в последующем — 700 марок/га. Ожидается, что в ближайшее время в эту программу будет включено 90% фермерских хозяйств с общей площадью около 2000 тыс. га [454].

Необходимость финансовой поддержки фермеров обусловлена появлением дополнительных затрат в переходный период. Кроме того, альтернативное земледелие на первых этапах не обеспечивает сохранения прежних объемов производства и в некоторой степени снижает доход. Но возникающие потери могут компенсироваться большей ценой на производимую продукцию. Обычно она заметно выше. В Англии, например, на 30—50% [606].

Государственная поддержка фермеров обеспечивается и путем создания условий, способствующих возникновению рыночных структур, упрощающих реализацию экологически чистой продукции. Ее качество подтверждается соответствующими сертификационными документами, что также упрощает реализацию и служит пропаганде природоохранных способов сельскохозяйственного производства.

Продукция, поставляемая фермами, где внедрено природоохранное земледелие, выгодно отличается от той, которая получена при выращивании растений по традиционным технологиям. Она не загрязнена остатками минеральных удобрений и ядохимикатов, а также имеет лучшие потребительские показатели (табл. 50).

В поддержку сторонников природоохранного земледелия создана Международная федерация движений органического сельского хозяйства (IFOAM). Она объединяет около 500 организаций из 79 стран. В США с 1980 г. ежегодно проводятся национальные конференции по экологическому сельскому хозяйству, а начиная с 1988 г. правительство этой страны выделяет несколько миллионов долларов на разработку нехимических ("Organic-farming") способов выращивания культурных растений [98, 606]. При этом следует учитывать, что заинтересованность государств с развитой экономикой в переходе на альтернативные формы земледелия объясняется не только желанием предотвратить загрязнение окружающей среды и не допустить ухудшения качества продуктов питания. Это вызвано и стремлением избежать перепроизводства продукции сельского хозяйства.

По истечении трех десятилетий с начала возникновения за рубежом хозяйств, работающих с учетом соблюдения экологических требований, появились достаточные основания для их классифицирования. В зависимости от интенсивности использования ручного труда, органических удобрений, обработки почвы и средств химизации Г. Кант выделяет следующие природоохранные направления в земледелии: биолого–динамическое, биологоорганическое и биологическое [229].

Биолого–динамическое земледелие'предполагает интенсивное использование ручного труда, органических удобрений, умеренную обработку почвы. Оно исключает применение средств химизации. Выраженной особенностью биолого–динамического земледелия является учет философских, этических и религиозных воззрений. Например, время обработки почвы в соответствии с этим направлением необходимо соотносить с расположением звезд. Хозяйства, придерживающиеся этого направления, существовали и раньше, задолго до возникновения экологических проблем. Небольшое число таких ферм имеется за рубежом и в настоящее время. Перспективы этого направления ограничены и обусловлены наличием групп лиц со специфическим мировоззрением. Предпосылок для развития биолого–динамического земледелия в России нет.

С научной и практической точки зрения большой интерес представляет биолого–органическое направление. Оно основано на ограничении ручного труда, интенсивном использовании органических удобрений, многократной обработке почвы, незначительном применении пестицидов и отказе от минеральных удобрений. В зависимости от интенсивности применения отдельных приемов биолого–органическое земледелие делится на органо–биологическое, органическое, натуральное, экологическое и альтернативное. По мнению Г. Канта, при всех выгодах природоохранного характера, которые свойственны этому направлению, оно не имеет больших перспектив. Он объясняет это невозможностью сохранить и повысить плодородие почвы при отказе от минеральных удобрений, а также сложностями в организации реализации получаемой продукции. Кроме того, переход на биолого–органическое направление требует дополнительных финансовых затрат и разного рода консультаций. Поэтому фермеры неохотно соглашаются на изменение прежних многократно опробованных технологических схем. Следует отметить, что многим, кто работает в сфере сельскохозяйственного производства, свойственна некоторая консервативность мышления. Ее истоки лежат в традиционности отдельных элементов производственного процесса, используемых на протяжении длительного времени. Консерватизм мышления рождает вполне понятную настороженность не только к новым формам земледелия, но и отдельным технологическим приемам. Слишком велика цена ошибки: потеря части, а иногда и всего урожая.

Главным достоинством биолого–органического направления является то, что оно исключает возникновение экологических проблем, связанных с применением агрохимикатов, и позволяет получать полноценную продукцию. Однако при этом остается не проработанным вопрос о способах повышения плодородия почв. Использование органических удобрений не может в полной мере компенсировать недостаток элементов минерального питания, возникающий вследствие выноса их с урожаем сельскохозяйственных культур. Это является слабой стороной биолого–органического земледелия, которая ограничивает его возможности.

Биологическое направление — это, по сути, традиционное земледелие, в котором строго в соответствии с природоохранными требованиями регламентируется применение минеральных удобрений и ядохимикатов. Сторонники этой формы земледелия считают, что без использования средств химизации невозможно предотвратить ухудшение плодородия почвы и избежать массового размножения сорняков, вредителей и возбудителей болезней. При этом одновременно уделяется большое внимание органическим удобрениям, азотфиксации и биологическим методам контроля численности нежелательных организмов. Биологическое земледелие представляет собой компромиссный вариант между полным отказом и максимальным использованием средств химизации. Оно позволяет притупить остроту многих проблем, но в то же время не разрешает их полностью. Некоторые из них переходят в разряд хронических. Об этом свидетельствуют результаты исследований, в которых даже невысокие дозы минеральных удобрений или быстроразлагающиеся пестициды оказывали заметное или скрытое отрицательное влияние либо на свойства почвы, либо на качество растениеводческой продукции, либо приводили к загрязнению окружающей среды. Итак, биологическое земледелие следует рассматривать только как один из вариантов индустриально–технологических систем, в котором делается попытка соблюдения природоохранных требований.

Проблемы, которые наблюдаются в современном земледелии, стали толчком для поиска новых путей его развития и в России [405, 406, 407, 408]. На данный момент у нас имеется несколько концепций по выводу аграрной отрасли из кризисного состояния. Первая практически ничем не отличается от биологического земледелия, приверженцем которого является Г. Кант. В ее основе лежит в некоторой степени экологизированное индустриальнотехнологическое земледелие. По мнению ее сторонников, возникновение природоохранных проблем связано не с ущербностью используемых систем, а с нарушением правил использования средств химизации. Следует признать, что такой точки зрения придерживаются многие специалисты аграрной сферы, а также государственные служащие. Большая популярность индустриально–технологических систем земледелия объясняется тем, что они позволяют в короткий срок резко поднять урожайность сельскохозяйственных культур. Однако то, что было оправдано и приемлемо в земледелии ранее, уже не может использоваться в будущем по целому ряду причин, которые были раскрыты в предыдущих разделах.

А. А. Жученко и А. Д. Урсул одни из первых пришли к выводу о бесперспективности тотальной химизации аграрной отрасли. По их мнению, современные индустриально–технологические системы земледелия с природоохранной точки зрения являются экстенсивными, так как основаны на использовании невосполнимых ресурсов планеты. Они предлагают свою концепцию развития сельского хозяйства — адаптивную. Ее фундаментом является максимальное использование генетического потенциала растений и, что очень важно, естественных природообразовательных процессов.

Сельскохозяйственные культуры существенно отличаются по своей требовательности и устойчивости к факторам окружающей среды. Некоторые из них не выносят малоплодородных, кислых почв. В индустриальнотехнологических системах земледелия эта проблема решается путем внесения повышенных доз минеральных и известковых удобрений. Проведение этих мероприятий требует значительных затрат и является причиной ухудшения состояния окружающей среды. В адаптивной системе земледелия такой подход неприемлем. С эколого–экономической точки зрения гораздо выгоднее не доводить параметры почв или других факторов среды до требуемых значений, а выращивать такие культуры, адаптивный и генетический потенциал которых позволяет "нейтрализовать" неблагоприятные условия выращивания. Так, например, многолетние бобовые травы способны формировать высокие урожаи на малоплодородных почвах, а картофель и люпин — на кислых. Следовательно, подбор культур с максимально возможным учетом биологических особенностей и условий их произрастания позволит существенно снизить антропогенное давление на агроэкосистемы и уменьшить затраты на их выращивание.

Значительный вклад в определение бесконфликтного по отношению к окружающей среде направления развития земледелия сделан А. Н. Тюрюкановым и В. М. Федоровым. Они считают, что полное устранение предпосылок для возникновения имеющихся проблем в аграрной сфере возможно только при переходе на принципиально новую стратегию развития, а теоретической базой для аграрной сферы в будущем должен стать биосферный тип мышления. По их мнению, все современные системы земледелия, да и многие из тех, которые предлагаются в качестве альтернативных, слишком узко рассматривают сельскохозяйственное производство — только как способ получения продуктов питания и сырья. Это и является главной причиной возникновения экологических проблем. В настоящее время аграрную отрасль следует рассматривать как фактор формирования процессов, протекающих в биосфере, как фактор, который нарушает естественный ход развития биосферы, и, наконец, как фактор, определяющий результаты взаимодействия человека и биосферы. Это утверждение является методологической основой, которая вскрывает истинные причины кризиса в земледелии и указывает направления его развития. В соответствии с их воззрениями необходимо переходить к разработке биосферного земледелия.

К сожалению, работа А. Н. Тюрюканова и В. М. Федорова не получила дальнейшего совершенствования. Очевидно, это объясняется тем, что авторы не ставили перед собой задачу подробной детализации высказанных соображений и придания им соответствующей формы.

Ландшафтную систему земледелия также можно отнести к природоохранным. В ней большое внимание уделяется организации агроэкосистем, но при этом делается акцент на предотвращение возникновения эрозионных процессов. Авторами этой системы предложен ряд экологических принципов и законов, соблюдение которых предотвращает отрицательное воздействие земледелия на окружающую среду [600].

Другая, менее известная концепция развития земледелия, построенная на природоохранной основе, получила название экологическое земледелие [407]. В ней большое внимание уделяется экологическим принципам устройства агроэкосистем, что и отражается в названии. Ее автор обращает внимание на необходимость улучшения биологических свойств почвы, активизацию естественного почвообразовательного процесса, создание определенным образом организованных агрофитоценозов и лесоаграрных ландшафтов. Реализация всех принципиальных положений экологического земледелия позволит, по мнению автора, постепенно снижать использование средств химизации.

Знакомство с особенностями адаптивного, биосферного и экологического земледелия показывает, что при всех имеющихся различиях они не противоречат, а скорее дополняют друг друга. Их несхожесть, скорее всего, объясняется профессиональной специализацией авторов, которые рассмотрели в одной и той же проблеме различные ее аспекты.

Природоохранные формы земледелия, разрабатываемые в России, несколько отличаются от зарубежных. Им свойственна более глубокая теоретическая основа, в то время как за рубежом больше внимания уделяется практической и экономической стороне вопроса. Это вполне объяснимо. Фермеры всех развитых стран давно работают в рыночных условиях, и снижение эффективности производства может иметь для них катастрофические последствия. Но следует отметить, что и там в последнее время стали уделять больше внимания теоретическим аспектам природоохранного земледелия, о чем свидетельствует появление такой коллективной монографии, как "Сельскохозяйственные экосистемы".

6.3. Эколого–биосферное земледелие

6.3.2. Пути активизации почвообразовательного процесса в эколого–биосферном земледелии

Всех ученых, изучающих различные аспекты плодородия почв, при единстве взглядов на целый ряд вопросов, тем не менее, можно разделить на сторонников агрохимического и биологического направлений. Первые считают, что сохранить, а тем более повысить плодородие почв невозможно без применения минеральных удобрений. История агрохимического направления — это пример неуклонного движения вперед научной идеи. На протяжении всего периода своего существования она пользовалась неизменной поддержкой среди производственников, управленцев и научных работников.

По мнению приверженцев биологического направления, основная роль в повышении плодородия почв должна отводиться живым организмам. Этой точки зрения придерживались СП. Костычев и А. С. Фаминцын, о чем свидетельствует эпиграф к данной работе. Биологическое направление заметно укрепило свои позиции к середине XX в. В этот период очень быстро развивалась почвенная микробиология, благодаря которой все отчетливее проявлялась роль почвенного населения в почвообразовательных процессах и в жизни растений. Однако постепенно те позиции, которые занимало биологическое направление, были утрачены. Очевидно, это связано с тем, что применение минеральных удобрений давало быстроощутимые результаты, а возможности практического использования почвенной микробиологии, зоологии, а тем более экологии были не ясны. Поэтому господствующим стало агрохимическое направление, а биологическому была отведена роль "научной золушки". На данный момент биологическое направление представлено в основном работами по азотфиксации. Но так как по мере применения минеральных удобрений все сильнее обнажаются отрицательные последствия их использования, думается, что с течением времени биологическим способам повышения плодородия почв будет уделяться все большее и большее внимание. Необходимость в этом возникает и в связи с переходом на природоохранные формы земледелия, которые предполагают снижение или даже отказ от использования средств химизации.

Зарубежный опыт перехода на природоохранные формы земледелия показывает, что чаще всего это сопровождается снижением урожайности сельскохозяйственных культур. Оно, по различным оценкам, составляет не больше чем 10—20% (табл. 51) [115,452]. Аналогичные данные получены и при изучении этого вопроса в России. В опытах В. Ф. Кирдина и Е. К. Саранина урожайность пшеницы при ее выращивании без применения минеральных удобрений и пестицидов снизилась на 16,6% по сравнению с традиционной системой земледелия. При этом авторы отмечают, что затраты на ее выращивание уменьшились больше чем на треть [240].

При сравнении природоохранного и традиционного земледелия очень важно избежать неверных оценок. Некоторые исследователи делают вывод о снижении продуктивности пашни при исключении применения минеральных удобрений. Но при этом абсолютно не учитывается то, что в опытах не проводилось никаких других мероприятий по улучшению минерального питания растений или то, что наблюдения проводились на севооборотах, составленных для индустриально–технологических систем. То есть природоохранное земледелие в некоторых случаях заведомо ставится в неблагоприятные условия. Если природоохранное земледелие понимать только как отказ от применения средств химизации, то это, конечно же, неверно. Переход на новые формы предполагает комплексное использование самых разнообразных приемов, направленных на улучшение биологических свойств почв, увеличение поступления органического вещества, усиление клубеньковой и ассоциативной азотфиксации, поддерживание фунгистатического потенциала почвы. Их отсутствие или неправильное использование — это неверный подход к решению вопроса.

Таблица 51 Урожайности сельскохозяйственных культур в экологическом земледелии в сравнении с интенсивным (интенсивное = 100%) [98]

Одно из основных отличий агрофитоценозов от естественных растительных сообществ состоит в том, что с уборкой урожая из агроландшафта изымается большое количество связанного углерода и минеральных веществ, поглощенных из почвы. По обобщенным данным, зерновые культуры при урожае 50 ц/га выносят из почвы 125 кг N, 54,5 кг Р₂0₅, 87,5 кг К₂0 и некоторое количество других элементов [238]. В наших исследованиях вынос элементов минерального питания с урожаем корней кормовой свеклы 500 ц/га составил 100 кг N, 45 кг Р₂0₅, и 175 кг К₂0. Таким образом, если в природных экосистемах круговороты органики и биофильных элементов практически замкнуты, то агроэко–системы ежегодно теряют значительную часть вещества и запасенной в нем энергии. Это является одной из причин их неустойчивости.

Факт выноса с урожаем химических элементов, обнаруженный немецким химиком Ю. Либихом, позволил ему научно обосновать теорию минерального питания растений, которая послужила мощным толчком к применению и производству удобрений. Их использование позволило очень быстро повысить урожайность сельскохозяйственных культур. Существующие на сегодняшний день объемы производства и применения минеральных удобрений, по мнению многих специалистов, необходимо увеличивать. Однако такой путь повышения урожайности порождает большое количество проблем, острота которых будет нарастать с каждым годом. Если же руководствоваться соображениями о необходимости снизить объемы применения минеральных удобрений или даже отказаться от них, то возникает вопрос — за счет чего в таком случае можно обеспечить нормальное корневое питание растений?

Как известно, основным источником биофильных элементов для растений служит преимущественно верхний слой почвы, но содержания в н, ем макро– и микроэлементов, необходимых для формирования высоких урожаев сельскохозяйственных культур, в большинстве случаев недостаточно. В то же время в материнских породах, особенно в слоях, подстилающих гумусовый горизонт, как правило, имеется значительное количество не используемых растениями химических элементов (табл. 52).

Таблица 52 Валовое содержание фосфора и калия в серой лесной почве, % [20]

Горизонт, см	Р2О5	Горизонт, см	К20
0—25	0,14	0—10	1,53
26—50	0,12	26—36	1,57
60—70	0,12	45—53	1,61
91—101	0,11	60—70	1,57
125—136	0,11	85—95	1,64
140—150	0,11	117—127	1,63

Сравнение данных по валовому содержанию фосфора и калия в гумусовом и других горизонтах показывает, что они очень близки между собой. И только меньшая доступность элементов минерального питания не позволяет растениям эффективно их использовать. Аналогичные сведения имеются и в отношении микроэлементов (табл. 53).

Таблица 53 Распределение микроэлементов в профиле темно–серой почвы [212]

Итак, в почвенных горизонтах, прилегающих к пахотному, содержание химических элементов, необходимых для минерального питания растений, находится примерно на том же уровне, что и в верхних слоях. Однако все они представлены малодоступными формами и практически не усваиваются растениями. В связи с этим возникает вопрос: а нельзя ли каким–либо способом перевести химические элементы, содержащиеся в подпахотных горизонтах, в доступные для растений формы и улучшить таким образом минеральное питание растений? То есть суть проблемы состоит в том, что необходимо активизировать почвообразовательный процесс. Если мы сумеем добиться этого, то вещества, содержащиеся в подпахотных горизонтах, будут более активно вовлекаться в почвенные превращения, а следовательно, станут более доступными для растений.

Одной из причин, почему минеральные удобрения не могут быть использованы в качестве долговременного способа увеличения продуктивности сельскохозяйственных культур, являются ограниченные запасы сырья, из которого они производятся. Если же земледелию взять на вооружение приемы, позволяющие активно вовлекать материнскую породу в почвообразовательные процессы, то оно получит практически неисчерпаемый источник всех элементов минерального питания.

Эту идею ранее пытались осуществить, разрыхляя подпахотные горизонты. Однако результативность приема оказалась невысокой, а его проведение требует значительных затрат. Для повышения доступности химических элементов, находящихся в глубоких горизонтах почвы, предлагалось использовать щавелевую кислоту. При ее внесении происходит растворение труднодоступных для растений соединений [525]. Но и этот способ, очевидно, неприемлем с экономической точки зрения. Кроме того, при его проведении не исключается и отрицательное влияние на свойства почвы.

По общему мнению, самый эффективный способ повышения доступности химических элементов — обогащение почвы органическим веществом, которое служит вещественной и энергетической базой для процесса почвообразования. Его упрощенная схема имеет следующий вид (рис. 9).

После отмирания живой материи органическое вещество попадает в почву и подвергается постепенному разрушению, которое осуществляется сменяющими друг друга почвенными животными и микроорганизмами. Каждый вид живых организмов участвует (прямо или косвенно) преимущественно на определенном этапе деструкции органического вещества, поэтому существенное одностороннее увеличение или, наоборот, снижение численности живых организмов ведет к нарушению обменных процессов. В педоценозах с измененной структурой минерализация органики может происходить с высокими потерями углерода за счет выделения его из почвы в виде углекислого газа. Это является весьма нежелательным процессом, так как ведет к снижению коэффициента гумификации. Правда, трансформация веществ в почве на каждом этапе превращений имеет несколько возможных вариантов, но они осуществимы только при определенной температуре, влажности среды и наличии соответствующих организмов. Множественность путей преобразования органического вещества является одним из свойств, возникшим в процессе эволюционного развития почв, позволяющим им поддерживать свой гомеостаз на определенном уровне в относительной независимости от окружающих факторов. Однако еще раз подчеркнем, что это возможно только при условии наличия в почве большого разнообразия живых организмов.

Рис. 9. Упрощенная схема почвообразовательного процесса

На определенных этапах трансформации органического вещества за счет специфических физико–химических свойств гуминовых и фульвокислот, а также за счет деятельности живых организмов осуществляется вовлечение в почвообразовательные процессы газообразного азота и минеральных элементов, содержащихся в материнской породе. Детали этих процессов рассмотрены выше. Их интенсивность также, в конечном итоге, зависит от видового состава биогеоценоза. Поэтому изменение его структуры крайне нежелательно. И, наоборот, для того, чтобы активизировать обменные процессы в почве, следует добиваться повышения степени ее биогенности, а для этого необходимо увеличить поступление органического вещества.

Естественное накопление в почве доступных для растении элементов минерального питания возможно только в том случае, если биота активно вовлекает материнскую породу в почвообразовательные процессы. За счет "вгрызания" биоты в материнскую породу входящие в ее состав элементы минерального питания переводятся в доступную для растений форму, а сам гумусовый горизонт как бы постепенно погружается в подстилающую породу. Непрерывность этого процесса — залог сохранения и тем более повышения плодородия почвы.

При этом необходимо четко представлять, что повышенное содержание необходимых для живых организмов химических элементов в верхних горизонтах почвы объясняется, с одной стороны, их надежным биологическим закреплением, а с другой — геохимическим выносом из активной зоны больших количеств подвижных веществ и элементов, которые образовались в результате воздействия живой материи на грунт и которые не имеют значения для биоты. Последние, не задерживаясь в верхних горизонтах, включаются в геохимический поток, создавая тем самым повышенную концентрацию в почве биофильных элементов. Следовательно, активное преобразование материнской породы, осуществляемое комплексом живых организмов, позволит решить одну из главных проблем природоохранного земледелия — обеспечение нормального питания растений макро– и микроэлементами. Но это возможно только при поступлении в почву соответствующего количества энергетического материала.

Значит, проблема обогащения почвы органическим веществом остается по–прежнему актуальной. В индустриально–технологических системах земледелия ее нерешенность компенсировалась внесением минеральных удобрений. В эколого–биосферном земледелии должны использоваться другие способы, не наносящие ущерба окружающей среде.

Основным источником органического материала, участвующего в почвообразовательных процессах естественных биогеоценозов, служат отмирающие корни, стебли и листья. В агрофитоценозах поступление растительного опада резко уменьшается, что отрицательно отражается на интенсивности обменных процессов в почве. Сохранить объемы поступления органического вещества в почву агробиогеоценозов можно за счет использования физиологических свойств самих растений. Частично этот вопрос обсуждался в разделе 4.3. Но, по–видимому, его значение в земледелии не ограничивается уже рассмотренным аспектом. Очевидно, выделительная функция корней, сформировавшаяся в процессе эволюционного развития растений, служит не только обеспечению энергией ассоциативных азотфиксаторов, но и активизации почвообразовательного процесса. Основание для такого заключения дают результаты исследований С. А. Самцевича. Он определил, что корневые системы растений в течение вегетационного периода выделяют большое количество органических веществ. Их общий объем соизмерим с урожаем надземной массы. Ежегодно в результате физиологической деятельности корневых систем в переводе на сухую массу в почву поступает до 5—10 и более тонн корневых выделений [484]. Следовательно, если ранее мы считали, что основным источником органического вещества, попадающего в почву, являются растительные остатки (корни и надземные части растений), то теперь следует учитывать и его поступление с прижизненными корневыми выделениями.

Количественная характеристика выделительной функции корневых систем, полученная С. А. Самцевичем, позволила ему высказать предположение, что корневые выделения растений в не меньшей степени, чем растительные остатки, принимают участие в формировании почвенного плодородия. Однако его предложение не привлекло к себе внимания. Очевидно, это объясняется тем, что решающая роль в повышении плодородия почв в этот период отводилась минеральным удобрениям. Другие способы считались менее эффективными. Но поскольку средства химизации стали рассматриваться как фактор загрязнения окружающей среды, оставить без внимания тот факт, что поступление органического вещества в почву из корневых систем растений равноценно поступлению его при внесении органических удобрений, было бы непростительной ошибкой. Более того, усилив поступление в почву корневых выделений (селекционным или агротехническим путем), можно решить проблему обогащения почвы органическим веществом [399].

Всякое предложение, направленное на решение проблемы нетрадиционными способами, должно иметь методологическую основу. Под этим понимается отсутствие противоречий между содержанием идеи и сущностью процесса, в рамках которого предлагается ее использовать. Изучение выделительной функции корневых систем показывает, что это свойство растений сформировалось в результате длительной эволюции и направлено на снижение зависимости от внешних факторов. Так, минеральное питание растений существенно улучшилось после того, как часть продуктов фотосинтеза в виде корневых выделений стала попадать в субстрат. Как и любое другое органическое вещество, они, вовлекаясь в почвообразовательный процесс, в конечном итоге ускорили перевод необходимых для растений химических элементов в доступную для них форму. Благодаря корневым выделениям растения получили возможность регулировать уровень своего минерального питания.

Очевидность участия растений в активном преобразовании окружающей среды с целью придания ей необходимых для жизни параметров следует и из анализа роли живого вещества в формировании биогеохимических круговоротов в биосфере [147].

Выделительная функция корневых систем имеет значение и для улучшения азотного питания растений. Корневые выделения служат прекрасной средой для микроорганизмов, осуществляющих ассоциативную азотфиксацию. Ее интенсивность находится в прямой зависимости от количества корневых выделений, поступающих в почву. Так, максимум азотфиксации совпадает по времени с максимальным поступлением в ризосферу корневых выделений [178], на образование которых направляется до 1/3 всех продуктов фотосинтеза [545]. То есть между интенсивностью азотфиксации, фотосинтезом и объемом поступающих в почву корневых выделений существует очень тесная взаимосвязь. Ее наличие подтверждается данными о резком снижении интенсивности азотфиксации и количества бактерий, способных связывать азот в ризосфере корней при прекращении поступления продуктов фотосинтеза в корень [179].

Поступление в почву большого количества органического вещества в виде корневых выделений оказывает положительное влияние на азотфиксацию и весь комплекс почвообразовательных процессов. Улучшение обеспечения растений азотом, в свою очередь, увеличивает поступление в почву всех групп органических веществ и создает основу для активизации жизнедеятельности всех видов живых организмов, населяющих почву.

Сопоставление имеющейся информации о фотосинтезе, азотфиксации и почвообразовании дает основание для заключения о том, что все эти процессы тесно связаны друг с другом. Схематическое изображение взаимодействия рассматриваемых процессов приведено на рис.10.

Из рисунка видно, что фотосинтез, азотфиксацию и почвообразование следует рассматривать как структурные компоненты одной системы, взаимодействующие между собой через прямые и обратные связи. Изменения в любом из них неизбежно отразятся соответствующим образом на двух других.

Понимание взаимосвязи между фотосинтезом, азотфиксацией и почвообразованием имеет большое теоретическое и практическое значение. Например, известно, что выращиваемые в настоящее время сельскохозяйственные культуры практически не отличаются от диких образцов по интенсивности фотосинтеза. Как выяснилось, качественных изменений в фотосинтетическом аппарате, то есть в увеличении скорости связывания двуокиси углерода, у современных высокоурожайных сортов не произошло. Рост их продуктивности связывают с перераспределением продуктов фотосинтеза и увеличением фотосинтетического потенциала.

Продукты фотосинтеза, особенно в начальный период роста, используются преимущественно на формирование листового аппарата. Однако возникают вопросы, на которые пока никто не дал ответа. Как такое перераспределение отразилось на интенсивности поступления корневых экссудатов в почву? Не наблюдается ли увеличения фотосинтетического потенциала растений за счет подавления выделительных свойств корневых систем? Судя по тому, насколько требовательны современные сорта к уровню минерального питания, насколько их продуктивность зависит от применения минеральных удобрений, так, видимо, и произошло. Это подтверждается нашими исследованиями и сопоставлением их с данными, полученными другими авторами.

Рис. 10. Схема взаимодействия процессов фотосинтеза, азотфиксации и почвообразования

Как уже ранее отмечалось, в исследованиях по изучению особенностей флюоресценции хлорофилла было установлено, что внесение минеральных удобрений не повлияло на интенсивность первичных процессов фотосинтеза. Но всегда при этом происходит повышение урожайности. Значит, единственным путем увеличения массы растений при внесении минеральных удобрений служит перераспределение продуктов фотосинтеза. Изменения, происходящие в растениях при этом, можно представить следующим образом. Та часть продуктов фотосинтеза, которая обычно должна участвовать в образовании корневых выделений, направляется на формирование дополнительного листового аппарата. В результате происходит увеличение площади листьев посева и урожайности. При этом общая чистая первичная продукция (надземная часть + корневая система + корневые выделения), очевидно, существенно не меняется (рис. 11).

Рис. 11. Влияние внесения минеральных удобрений на перераспределение продуктов фотосинтеза

Итак, выделительная функция корневых систем представляет собой- Вышеизложенное полностью согласуется с результатами экспериментов, проведенных С. М. Самосовой [483]. Она в полевых и вегетационных опытах установила, что при внесении в субстрат Сu, Со и Zn происходит существенное, в два–три раза, снижение выделительной функции растений. С другой стороны, обеднение субстрата элементами минерального питания, наоборот, приводит к заметному усилению выделительных свойств корневых систем. Причем в составе корневых выделений увеличивается содержание тех соединений, которые, как полагают авторы, повышают доступность элементов минерального питания, находящихся в минимуме [476]. Аналогичная реакция на уровень минерального питания обнаружена у клеток дрожжевых культур [331]. Все это подтверждает, что растения, координируя направления использования продуктов фотосинтеза, в определенной степени способны регулировать собственный уровень минерального питания.

Если это заключение верно, то применение минеральных удобрений, уменьшая поступление корневых экссудатов в почву, закономерно неблагоприятно влияет на процессы азотфиксации и почвообразования. В результате возникает их скрытая депрессия. Для повышения урожайности мы вынуждены использовать средства химизации. Но при этом проблема не только не разрешается, а усугубляется. При внесении минеральных удобрений ухудшаются физические, химические и биологические свойства почв. Кроме того, внесение удобрений порождает новые проблемы — экологические и экономические. Следовательно, понимание связи между фотосинтезом, азотфиксацией и почвообразованием дает нам методологическую основу для оценки последствий нашего вмешательства в агроэкосистемы.

приспособление растений, направленное на снижение их зависимости от факторов внешней среды, а конкретно — от содержания в почве доступных элементов минерального питания. Предложение о возможности обогащения почвы органическим веществом за счет усиления выделительной функции корневых систем растений не противоречит сущности этого процесса. Увеличение поступления в ризосферу прижизненных корневых выделений должно закономерно сопровождаться активизацией азотфиксации, почвообразовательного процесса и улучшением минерального питания растений.

Предлагаемый способ повышения плодородия почв и урожайности сельскохозяйственных культур при его сравнении с агрохимическим имеет существенные преимущества. Во–первых, он экологически безопасен, так как основан на естественных природообразовательных процессах. Не без основания полагают, что их использование является одним из главных путей решения экологических проблем, возникающих в аграрной сфере [186]. Во-вторых, такой способ предпочтителен с экономической точки зрения. Приобретение, транспортировка, хранение и внесение минеральных удобрений требуют больших затрат. Их доля при выращивании сельскохозяйственных культур достигает 40% от общих. Поэтому, если задача повышения плодородия почв будет решена менее дорогостоящим способом, за счет физиологических свойств самого растения, то это даст значительный экономический эффект.

Вместе с тем, следует отметить, что даже при максимальной интенсивности почвообразовательного процесса в некоторых почвах, ввиду специфичности геохимических условий, может наблюдаться аномально низкое содержание отдельных элементов. Это явление широко известно, так как неблагоприятно отражается на продуктивности сельскохозяйственных культур. Выход из этой ситуации лежит через использование адаптивного потенциала растений. Концепция адаптивной интенсификации аграрной отрасли разрабатывается в нашей стране А. А. Жученко и А. Д. Урсулом [186]. По их мнению, возникновение многих проблем современного земледелия можно предотвратить, если биологические особенности культивируемых растений будут максимально соответствовать тем почвенно–климатическим условиям, где они выращиваются.

Реализация адаптивного потенциала растений во многом зависит от степени разнообразия выращиваемых культур по биологическим и хозяйственно–полезным признакам. В связи с этим особую важность приобретают работы по интродукции и окультуриванию растений дикой природы. Параллельно необходимо проводить исследования по выявлению отдельных видов и сортов растений, способных формировать высокие урожаи в условиях, при которых другие культуры снижают свою продуктивность. Их выращивание позволит значительно сократить затраты энергии, а также ресурсов на доведение параметров окружающей среды до оптимальных значений и сведет до минимума антропогенное искажение естественных биогеохимических потоков. Так, потенциальные возможности многих культур реализуются не в полной мере при выращивании их на кислых или засоленных почвах. В то же время имеется целый ряд сельскохозяйственных растений, обладающих низкой чувствительностью к этим показателям, а потому не требующих известкования или гипсования.

При использовании естественного почвообразовательного процесса в качестве одного из способов обеспечения растений элементами минерального питания первостепенную важность приобретает вопрос о величине урожаев, на которую мы должны ориентироваться. Ясно, что для сохранения имеющегося плодородия их уровень должен соответствовать интенсивности почвообразовательного процесса, а не определяться экономическими или какими–либо другими соображениями. Это вытекает из того, что повышение плодородия почвы возможно только при положительном балансе между скоростью извлечения из материнской породы элементов минерального питания и их выносом с урожаем, а также между скоростью образования и минерализации гумусовых веществ.

Конкретизация представлений о взаимосвязи между фотосинтезом, азотфиксацией и почвообразованием позволяет сформулировать два принципиально важных положения, которые должны учитываться в земледелии. Первое состоит в следующем: увеличение поступления в почву продуктов фотосинтеза в виде корневых выделений активизирует процессы азотфиксации, почвообразования и способствует в конечном итоге повышению ее плодородия, а также урожайности сельскохозяйственных культур. Второе: все структурные компоненты рассматриваемой системы находятся между собой в тесной взаимосвязи. Даже кратковременное подавление любого из них недопустимо.

В заключение следует отметить, что предлагаемый подход выводит наши представления о фотосинтезе, азотфиксации и почвообразовании на новый уровень. Объединение рассматриваемых процессов в рамках одной системы позволит более обоснованно контролировать и регулировать как ее состояние в целом, так и отдельных структурных компонентов. Системный подход в отношении рассматриваемых процессов имеет большое значение не только для земледелия, но и, например, для экологии. Учет взаимовлияния фотосинтеза, азотфиксации и почвообразования позволит более обоснованно прогнозировать состояние как биогеоценозов, так и биосферы в целом.

6.4. Способы улучшения биологических свойств почвы

Повышение урожайности сельскохозяйственных культур за счет активизации естественного почвообразовательного процесса возможно только на основе улучшения биологических свойств почвы. В то же время, при относительной изученности отдельных видов живых организмов, обитающих в почве, мы имеем очень ограниченные сведения о их влиянии на рост и развитие растений. Исключение составляет только азотфиксирующая способность почв. На эту тему проведено множество исследований. Вот результаты некоторых из них. В опытах, проведенных на Центральной опытной станции ВИУА, установлено, что, используя бобовые в качестве предшественника, можно получать без применения азотных удобрений урожаи зерновых культур на уровне 50—60 ц/га [536]. В Институте сельскохозяйственной микробиологии и ТСХА выделены ассоциативные азотфиксирующие микроорганизмы, способные повышать продуктивность небобовых культур на 40% (табл. 54).

Предположения о возможности улучшения питания растений за счет ассоциативной азотфиксации, основанные на результатах лабораторных опытов, подтверждаются данными полевых исследований. В производственных опытах, проведенных в ТСХА, инокуляция растений огурца дала прибавку урожая зеленцов 22,7, томата — 31, а картофеля — 52—78% [179]. Положительные результаты получены и при инокуляции зерновых культур. При обработке семян озимой пшеницы препаратом диазотрофных микроорганизмов Flavobacterium, приготовленным в Институте сельскохозяйственной микробиологии, были получены высокие урожаи этой культуры при экономии 40—50 кг/га азота удобрений. При этом содержание белка в зерне увеличивалось на 3—9%. Правда, следует отметить, что положительный эффект от инокуляции снижался в вариантах с полным исключением азотных удобрений [382]. Однако при использовании таких технологий, которые бы предусматривали одновременную активизацию как ассоциативной, так и симбиотической азотфиксации (например, за счет предшественника), этот вопрос, очевидно, не является неразрешимым. Такого же мнения придерживается и В. М. Орлов с соавторами [413].

Исключительный интерес для эколого–биосферного земледелия представляет изучение симбиоза бобовые растения — Rhizobium — эндомикоризные грибы. Как известно, эффективная работа азотфиксирующего аппарата клубеньковых бактерий во многом зависит от обеспеченности растений фосфором. А так как эндомикоризные грибы повышают доступность этого элемента для растений, то тройной симбиоз, в конечном итоге, значительно повышает их продуктивность (табл. 55). В других опытах этих же авторов у вики, инокулированной штаммами клубеньковых бактерий и эндомикоризных грибов, наблюдалось более раннее и более обильное цветение.

Примечание. 1 — без Rhizobium, 2 — инокуляция Rhizobium.

Необходимо отметить, что выращивание бобовых, наряду с решением проблемы азота в земледелии, при использовании их в кормопроизводстве, способствует нормализации протеинового питания сельскохозяйственных животных. Результаты научных исследований и практический опыт показывают, что одним из факторов, сдерживающих рост производства молока и мяса, является недостаток белка в рационах сельскохозяйственных животных. Он образуется в результате использования в кормопроизводстве однолетних и многолетних злаковых трав, кукурузы, подсолнечника, которые содержат недостаточное количество белка. Бобовые культуры значительно превосходят все другие по содержанию белка и его сбору с единицы площади. Кроме того, белок бобовых отличается повышенной биологической полноценностью и усвояемостью [88]. Симбиоз с грибами–эндофитами повышает азотфиксирующую способность и у небобовых растений. В опытах с овсом эндомикоризные грибы увеличивали актуальную азотфиксирующую способность в ризосфере в среднем за вегетационный период в 6 раз [578]. Инокуляция семян редиса ризосферными бактериями Pseudomonas fluorescens и микоризация грибом Glomus mosseae повысили урожайность корнеплодов и позволили при этом уменьшить внесение минеральных удобрений в 1,5 раза [577]. Улучшение усвоения фосфора, ускорение развития растений и активизацию азотфиксации при симбиозе растений с грибами–эндофитами наблюдали и в других исследованиях [491].

Благотворное влияние микроорганизмов на растения создает основу для создания микробных удобрений, которые могут использоваться не только на бобовых, но и небобовых культурах. Так, замачивание семян люпина и тритикале в суспензии бактериального комплекса, приготовленного из естественного ненарушенного почвенного сообщества, повышало урожайность этих культур на 31% и более [252]. В опытах, проведенных В. П. Ивановым, инфицирование растений кукурузы комплексом корневой и ризосферной микрофлоры повышало урожай зеленой массы на 149—173% [202].

Положительное влияние на продуктивность растений оказывают и почвенные животные. Больше всего исследований проведено с дождевыми червями, являющимися удобным объектом для наблюдений. В опытах с использованием вегетационных сосудов (на 3—4 кг почвы) масса зерна ячменя в варианте с 10 червями по сравнению с контролем увеличилась на 58,5, с 20 — на 136,5, с 30 — на 219,5, с 40 — на 246,7, с 60 — на 311,7%. Аналогичный результат, хотя и менее выраженный, получен и в полевых исследованиях. Так, дождевые черви в количестве 400—500 экз./м² повышали продуктивность ячменя на 78—96% [34].

В опытах, проведенных за рубежом, заселение почвы пастбищ червями Allolophora calignosa (500—1000 экз./м²) повысило урожай сухого вещества трав на 70%. В некоторых странах дождевые черви стали использоваться для повышения плодородия почв. В Новой Зеландии это практикуется уже более 30 лет. В США имеется около тысячи мелких хозяйств, разводящих дождевых червей, которые используются для улучшения почв или производства биогумуса [438].

Одной из причин положительного влияния дождевых червей и других почвенных животных на рост растений является обогащение почвы экскрементами. Большая часть продуцентов, поглощенных фитофагами (до 75%), ими не усваивается. Невысока эффективность продуцирования и у детритофагов. Эффективность продуцирования — это доля потребленного вещества, которое включается в состав тканей организма. Она составляет 36,2—47,0% [62]. Следовательно, значительный объем потребленного животными органического вещества проходит через их желудочно–кишечный тракт и превращается в экскременты. Они по химическому составу значительно отличаются от окружающей почвы. В копролитах дождевых червей рН более близка к нейтральной, а содержание органического вещества выше в 3 раза [227]. Откладываемые почвенными животными экскременты обогащены элементами минерального питания, необходимыми для растений, и продуктами жизнедеятельности микрофлоры. Опытным путем было установлено, что всхожесть семян помидор, высеянных в массу копролитов, увеличивается на 10% при сокращении времени появления всходов [227].

Переход значительных объемов вещества и энергии в экскременты почвенных животных имеет определенный смысл. Очевидно, это явление следует рассматривать как одно из проявлений свойств саморегуляции, которые позволяют экосистемам поддерживать свою устойчивость. Экскременты, попадающие в почву, служат источником энергии для многочисленных почвенных животных и почвообразовательного процесса. В результате образуется субстрат, пригодный для роста и развития продуцентов, которые, в свою очередь, используются фитофагами и детритофагами.

В просмотренной литературе была найдена только одна работа, в которой изучалась возможность повышений урожайности растений введением в почву мелких многоклеточных. Ее результаты также подтверждают возможность повышения плодородия почвы путем придания ей большей биогенности (табл. 56).

Улучшают условия роста растений и почвенные простейшие. Например, амебы и инфузории сдерживают развитие возбудителей гоммоза, вызывающих заболевание хлопчатника. Присутствие простейших в почве снижало количество зараженных гоммозом проростков хлопчатника с 64—108 до 21— 30% [322].

Таким образом, биогенизация почвы является важнейшей задачей эколого–биосферного земледелия. В связи с этим большой интерес представляют сведения о том, какие агротехнические приемы улучшают биологические свойства почвы. Лучшим из таких приемов является использование органических удобрений. Они обладают целым комплексом полезных свойств: повышают содержание в почве гумуса и элементов минерального питания (включая микроэлементы), улучшают физико–химические свойства почвы, из них более равномерно в течение всего вегетационного периода высвобождаются азот, фосфор и калий. Все это положительно отражается на росте и развитии растений. Главным достоинством навоза и торфонавозных компостов является высокое содержание органических веществ. Если сравнивать по энергетической емкости корма с навозом, то оказывается, что в отходах животноводства сконцентрировано до 50% энергии, поступившей в организм сельскохозяйственных животных. Вся она сосредоточена в органическом веществе, которое при попадании в почву эффективно вовлекается в процессы образования гумуса. Таким образом, на пашню с навозом возвращается половина энергии, усвоенной кормовыми растениями. Кроме того, в навозе содержится большое количество различных микроорганизмов. Как уже упоминалось, на поверхности растений обитают бактерии и микрогрибы, относящиеся к группе эпифитов. Их развитие чаще всего сдерживается недостатком питательных веществ. По мере того как потребленное животным растение (корм) подвергается измельчению, а затем перевариванию, из пищевой массы постепенно высвобождаются разнообразные питательные вещества, которые быстро усваиваются эпифитной микрофлорой, попавшей в желудочно–кишечный тракт животного вместе с кормом. Поэтому их численность в перевариваемой растительной массе многократно увеличивается. Интенсивному развитию микроорганизмов способствует достаточная влажность и постоянная температура.

Заселенность перевариваемой массы микроорганизмами резко возрастает и вследствие обогащения видового состава микроорганизмов специфичной микрофлорой, постоянно присутствующей в желудочно–кишечном тракте сельскохозяйственных животных. В результате всех этих процессов содержание микроорганизмов в навозе во много раз выше, чем в исходном растительном материале. При внесении его в почву микроорганизмы служат источником разнообразной по своим свойствам микрофлоры, пополняющей и корректирующей микробный пул [191,193]. Так, после внесения лошадиного или свиного навоза численность микроорганизмов в почве увеличивается в 2 раза [36]. Следовательно, внесение органических удобрений может использоваться в качестве приема, позволяющего возвращать почвенный микробоценоз в исходное состояние после воздействия на него антропогенных раздражителей.

Вследствие присутствия в навозе микроорганизмов в нем накапливаются продукты их жизнедеятельности. Среди метаболитов, продуцируемых микроорганизмами, особого внимания заслуживают биологически активные вещества: витамины, ферменты, гормоны, антибиотики. Их появление объясняется как выделительной активностью микроорганизмов, так и гибелью микробных клеток, плазма которых становится частью мертвого органического вещества. Биологически активные соединения и микроорганизмы, попадающие в почву с навозом, участвуя в биохимических превращениях, оказывают сильное воздействие на микроценоз. В его структуре уменьшается доля грибов из рода Penicillium, среди которых имеется много фитотоксичных форм, и, наоборот, увеличивается участие плесневых грибов из рода Trichoderma, оказывающих благоприятное воздействие на растения [236, 89]. Внесение 20 т/га навоза под предшественник зерновых культур сокращает численность конидий возбудителей корневых гнилей в 3—10 раз. При использовании органических удобрений непосредственно под зерновые культуры пораженность растений за счет усиления антагонистических свойств почвы по отношению к возбудителям корневых гнилей снижается на 10 — 15% [190].

В табл.57 приведены данные о влиянии навоза на численность почвенных организмов. Их анализ показывает, что заселенность почвы при его внесении увеличивается по всем группам. Общая же численность беспозвоночных увеличивается более чем в 3 раза.

Органические удобрения повышают и азотфиксирующую способность почв. В опытах, проведенных в белорусском Институте почвоведения и агрохимии, при внесении навоза и торфонавозных компостов она возрастала на 7—62%. Увеличение численности и активности азот–фиксирующих микроорганизмов связывают с поступлением биологически активных веществ, содержащихся в органических удобрениях, или с усилением их синтеза в почве [235, 365]. Влияние навоза на несимбиотическую азотфиксацию изучали в ТСХА. Там было установлено, что при его внесении в количестве 30 т/га активность биологического связывания азота в ризосфере растений увеличивается в 2—4 раза [178].

Приведенные примеры показывают, что роль органических удобрений в земледелии не ограничивается обогащением почвы азотом, фосфором, калием и другими элементами. Их следует рассматривать и как биологический катализатор почвенных превращений, улучшающих минеральное питание растений. Обоснованность такого заключения подтверждают данные о последействии органических удобрений. По обобщенным данным, оно прослеживается на протяжении 6—8 лет на дерново–подзолистых и серых лесных почвах, 11—12 и даже 16—18 лет — на черноземах [94]. Такое действие органических удобрений на последующие культуры севооборота не может быть объяснено только поступлением в почву макро– и микроэлементов.

Вместе с тем, отмеченные достоинства органических удобрений пока еще не используются в полной мере ввиду особенностей современного животноводства. Как справедливо отмечает Я. Я. Яндыганов [614], курс на концентрацию и специализацию этой отрасли привел к созданию крупных комплексов. Их строительство потребовало создания соответствующей системы удаления навоза, основанной на гидросмыве. Намереваясь увеличить объемы производства продукции животноводства, мы пренебрегли проблемами утилизации и переработки животноводческих стоков, на долю которых приходится 65% от общего объема выхода животноводческих отходов [225]. В результате было потеряно огромное количество органических удобрений, которые могли бы использоваться для повышения плодородия почв. Значительная часть жидкого навоза стала источником загрязнения водных объектов. Такие же проблемы возникли и в птицеводстве. По мнению Я. Я. Яндыганова, эти примеры наглядно показывают, что в современном сельском хозяйстве произошел разрыв связей в объективно возможной системе "животноводство — растениеводство", что является причиной возникновения экологоэкономических проблем.

При изучении влияния жидкого навоза на плодородие почв и урожайность культурных растений было установлено, что он по своему действию приближается к минеральным удобрениям, что объясняется хорошей доступностью питательных веществ. При этом у жидкого навоза по ряду причин существенно изменяется способность влиять на почвенную микрофлору. Однако она может быть восстановлена. С этой целью навоз должен подвергаться компостированию. Основными компонентами для приготовления компостов служат торф и солома. После их перемешивания с жидкими навозными стоками в бурте усиливается микробиологическая деятельность, многократно увеличивается численность микроорганизмов, органическое вещество подвергается интенсивной биохимической трансформации, и поэтому компосты по своему действию не уступают подстилочному навозу.

Ежегодное применение органических удобрений в России в последние годы постоянно снижается (табл. 58). В то же время большое количество отходов животноводства у нас теряется. При переходе на эколого–биосферное земледелие это недопустимо. Поскольку в природоохранном земледелии органическим удобрениям отводится очень важная роль, необходимо бережное к ним отношение и рациональное использование. Видимо, при существующих организационных формах сельскохозяйственного производства в каждом достаточно крупном хозяйстве должны быть небольшие специализированные подразделения, занимающиеся хранением, переработкой и внесением органических удобрений. Только в этом случае их предназначение будет полностью реализовано.

Большое значение, особенно при недостатке навоза и при большом удалении полей от животноводческих помещений, в эколого–биосферном земледелии должно отводиться зеленому удобрению. По содержанию питательных веществ оно практически не уступает другим органическим удобрениям. Ниже приведена удобрительная ценность наиболее распространенных сидеральных культур (табл. 59).

Табличные данные показывают, что при заделке сидератов в почву поступает в среднем 100—200 кг/га азота. Суммарное поступление элементов минерального питания равноценно внесению примерно 30 т/га навоза. Обобщение результатов исследований позволяет сделать заключение, что при использовании сидеральных удобрений урожайность культурных растений по сравнению с контрольными вариантами повышается примерно на 50%.

Действие сидератов на почву и населяющих ее живых организмов во многом схоже с навозом. Они улучшают структуру почвы. В ней снижается доля крупных агрегатов размером более 10 мм и на 5—10% повышается присутствие водопрочных агрегатов [489]. Улучшая физико–химические свойства почвы, зеленое удобрение повышает ее биогенность. По сведениям К. И. Довбана, изучавшего различные аспекты сидерации, запашка люпина способствовала увеличению численности бактерий в 2—3 раза. В благоприятную сторону изменялись и другие показатели, характеризующие биологические свойства почвы. Интенсивное развитие микроорганизмов после заделки растений обусловлено поступлением в почву большого количества органического вещества с узким соотношением С: N [168].

Наряду с обогащением почвы органическим веществом и минеральными элементами, сидерация может служить прекрасным приемом, позволяющим регулировать структуру педоценозов. Под влиянием зеленого удобрения в почве увеличивается численность антагонистов возбудителей ризоктониоза и парши картофеля. При заделке зеленой массы горчицы в пахотном слое в несколько раз возрастает численность грибов сдерживающих развитие корневых гнилей зерновых культур. В результате пораженность растений ячменя и озимой пшеницы этими заболеваниями при выращивании их по запаханным сидератам снижается в 1,5—1,7 раза [316]. Следовательно, сидеральные культуры являются важным фактором, ограничивающим развитие фитопатогенных микроорганизмов. Это свойство зеленого удобрения, очевидно, можно усилить, если использовать растения, в которых содержатся какие–либо вещества (сапонины, кумарины, алкалоиды, гликозиды, органические кислоты), избирательно влияющие на живые организмы.

Сидеральные культуры должны использоваться и для подавления сорной растительности. По мнению В. Г. Лошакова, введение их в состав севооборотов снимает вопрос о необходимости применения гербицидов. По его данным, при использовании сидератов в плодосменных севооборотах засоренность первой культуры, картофеля, снижалась на 61%, а второй, ячменя, — на 30% [316].

К одним из лучших сидеральных растений относится люпин. Он дает высокие урожаи надземной массы, имеет глубоко проникающую корневую систему, хорошо произрастает на почвах с повышенной кислотностью, обладает способностью усваивать труднодоступные для других растений минеральные соединения фосфора. Общим достоинством бобовых является то, что они могут выращиваться без использования азотных удобрений. При их заделке в почву попадает большое количество азота, содержащегося в корнях и вегетативных частях растений.

Так же, как и навоз, зеленое удобрение обладает длительным последействием. В опытах, проведенных на кафедре растениеводства Свердловского сельскохозяйственного института, последействие сидерата прослеживалось в течение трех лет [286].

Перспективной сидеральной культурой, позволяющей эффективно использовать осенние месяцы вегетационного периода, является рапс. Растения ярового рапса хорошо переносят кратковременные заморозки до -8 °C. При наступлении теплых дней они возобновляют свою вегетацию и наращивают массу до глубокой осени [616].

Все сидераты можно использовать в качестве поукосных, пожнивных, а еще лучше подсевных культур. Это выгодно с разных точек зрения. При подсеве сидератов в посевы других растений повышается гетерогенность агрофитоценоза, более эффективно используются факторы окружающей среды, а за счет зеленого удобрения повышается плодородие почвы.

Все перечисленные достоинства сидеральных культур очевидны. Их выращиванию уделяется большое внимание во многих странах. А в таких, как Китай и Индия, сидеральные посевы занимают, соответственно, 13 и 6 млн. га [390]. В России, за редким исключением, зеленое удобрение практически не используется. Но при переходе на эколого–биосферное земледелие роль сидератов многократно увеличивается, и они должны стать одним из наиболее эффективных способов повышения биогенности и плодородия почв.

Не менее важная роль, чем органическим удобрениям, в экологическом земледелии должна отводиться посевам многолетних трав. Их значение заключается в том, что они превосходят все другие культуры по массе корневых и подземных остатков. Клеверо–тимофеечная смесь обеспечивает накопление в почве 53,8—63,4 ц/га свежего органического вещества (в абсолютно сухой массе), что в 2 раза больше, чем кукуруза или овес [204]. Поступление в почву большого количества органического вещества способствует бурному размножению живых организмов самых различных групп. По сообщениям зарубежных специалистов, в почве под многолетними травами был обнаружен 51 вид диатомовых водорослей, в то время как под посевами однолетних культур — только 23 вида [532]. В наблюдениях российских ученых численность микроартропод в почве под озимой пшеницей и сахарной свеклой составила, соответственно, 19 000 и 15 230 экз./м², а под клевером — 26 810 экз./м² [19].

Весьма положительно влияют многолетние травы на дождевых червей. Уже на второй — третий годы после залужения численность этих животных увеличивается в 2,5—3 раза. При этом если в почве под однолетними культурами встречается только один вид, то под многолетними травами 4—5 видов [30]. Общая численность крупных беспозвоночных под многолетними травами в два с лишним раза выше, чем под пропашными культурами [8].

Экологическое значение многолетних трав состоит и в том, что они существенно сокращают миграцию биофильных элементов из агробиогеоценозов. При выращивании пропашных культур из почвы за вегетационный период в среднем вымывается до 34 кг/га азота, зерновых культур — до 22, а на лугах — только 5 кг/га [447]. Аналогичные данные имеются и в отношении Р, Са, К и Mg. Уменьшение выноса биофильных элементов из агрофитоценозов имеет двоякое значение: во–первых, за счет биологического удерживания многолетними травами макро– и микроэлементов в пахотном горизонте улучшается минеральное питание растений; во–вторых, значительно сокращается поступление биофилов в водоемы и грунтовые воды.

В эколого–биосферном земледелии мощным фактором, повышающим плодородие почв, должны стать многолетние бобовые травы. По расчетам Е. П. Трепачев и Л. Д. Алейниковой, за три года жизни клевера в почве накапливается 222,9 кг/га азота. Это позволяет без применения азотных удобрений получать урожай озимой пшеницы на уровне 50— 60 ц/га [535, 536].

К способам, повышающим биогенность почвы и содержание в ней органического вещества, относится внесение соломы зерновых и зернобобовых культур. Этот прием практически не применяется в нашей стране. Но его эффективность очень высока. Внесение 1 т соломы по действию на свойства почвы равноценно 3—4 т хорошего навоза. Одна из причин недооценки соломы как органического удобрения состоит в следующем. В ряде ранее проведенных опытов заделка соломистых растительных остатков не повышала урожайность сельскохозяйственных культур. Однако позднее было установлено, что отрицательные результаты были получены вследствие неправильного использования соломы. Оказывается, при глубокой заделке растительных остатков в процессе разложения образуются летучие жирные кислоты и различные фенольные соединения, которые отрицательно влияют на растения. Если же солома вносится в верхний слой почвы, то она разлагается без появления значительных количеств вредных веществ [361, 204]. Равномерное распределение соломы по поверхности почвы создает благоприятный гидротемпературный режим. Вследствие этого появляются условия для удлинения периода биологической активности многих видов живых организмов [478]. Особенно большое значение поверхностное внесение соломы имеет в засушливых районах.

Одним из условий эффективного использования соломы и других органических удобрений является оптимальное отношение С: N. Под ним понимается такое содержание этих элементов, при котором они будут полностью, без остатка, ассимилированы биотой почвы. Наилучшее отношение С: N равно 15—25:1 [183]. Если в органических удобрениях, как, например, в соломе зерновых культур, на фоне высокого содержания углерода мало азота (широкое отношение С: N, 70—100:1), то он очень быстро и полно усваивается микроорганизмами, закрепляется таким образом в их плазме и становится на некоторое время недоступным для растений. При этом минеральные формы почвенного азота частично переходят в разлагающийся материал [263], что является одной из причин возможного кратковременного ухудшения азотного питания растений после внесения соломы и даже небольшого снижения урожайности. Это может наблюдаться в течение первых одного- двух лет. Однако затем появляется устойчивая тенденция роста урожайности [587]. В то же время, если использовать солому зернобобовых, то последующие культуры не будут испытывать недостатка в азоте [360]. Это объясняется узким отношением С:N, которое обусловливает появление в почве доступных для растений минеральных форм азота, образующихся в результате разложения соломы. Но следует учитывать, что при очень узком отношении С:N (как у навоза) увеличивается вероятность появления газообразных потерь почвенного азота. Поэтому самым эффективным способом использования навоза и соломы является внесение их в виде соломистого навоза. Он получается путем перемешивания в определенных пропорциях компонентов или путем использования соломы в качестве подстилки. Именно так утилизировали побочные продукты животноводства и растениеводства наши предки.

Внесение соломы благоприятно влияет на физико–химические и биологические свойства почвы. В процессе ее минерализации образуются гумусовые вещества, из каждой тонны соломы — 170—190 кг [361, 204]. Регулярная заделка соломы в положительную сторону для культурных растений изменяет структуру педоценоза. В нем преимущественное развитие получают сапрофитные грибы, которые постепенно вытесняют полупаразитные формы [361].

Очень хорошо реагируют на заделку соломы злаковых культур бобовые растения. Их азотфиксирующая способность увеличивается при этом почти в два раза. Считается, что внесение 1 т соломы способствует биологическому закреплению 5—12 кг молекулярного азота [363, 360].

Целесообразность использования перечисленных приемов, улучшающих биологические свойства почвы, а следовательно, и ее плодородие не вызывает ни у кого сомнений. Этого не скажешь в отношении одного из главных вопросов земледелия — способах обработки почвы. На сегодняшний день существует две противоположные точки зрения. Одна предполагает ежегодную вспашку почвы с оборотом пласта, другая — применение безотвальной или поверхностной обработки. До настоящего времени не утихают научные дискуссии на эту тему. В спорах между сторонниками того и другого направления в качестве аргументов выдвигаются самые различные положения [586]. Но пока еще не уделяется должного внимания тому, как способы обработки почвы влияют на ее население и почвообразовательный процесс. В эколого–биосферном земледелии этот вопрос имеет очень большое значение, поэтому и в него необходимо внести ясность.

Воздействие обработки на биоту проявляется через изменение физикохимических свойств почвы. Во многих исследованиях было установлено, что они не ухудшаются при замене вспашки на щадящие обработки [539]. Сохраняются параметры таких показателей, как плотность и структура почвы. В стационарных опытах, проведенных в НИИСХ ЦРНЗ, поверхностная обработка повышала водопроницаемость. В варианте со вспашкой скорость впитывания воды на 6‑й год ротации составила 0,221 мм/мин, 8‑й год — 0,093, а на фоне длительной поверхностной обработки — соответственно, 0,298 и 0,113 мм/мин. Улучшение фильтрационных показателей связывают с сохранением в не затрагиваемых обработкой слоях почвы ходов червей, а также ходов, остающихся после разложения корней [488]. Повышая скорость просачивания воды, естественные пространства поддерживают и внугрипочвенный воздухообмен. При щадящих обработках почвы на ее поверхности сохраняются растительные остатки. Это защищает верхние слои от перегрева и способствует сохранению влаги. Итак, физико–химические свойства почвы, а другими словами, условия обитания почвенной биоты при поверхностной обработке приближены к естественным. Вспашка, в отличие от безотвальной или поверхностной обработки, изменяет водный, тепловой и газовый режимы почвы, а значит, и условия обитания всех групп и видов живых организмов. Сильнейшим раздражителем почвенной биоты является систематическое переворачивание пласта почвы. Большая часть живых организмов, населяющих нижние слои пахотного горизонта, при выносе на поверхность попадает в крайне неблагоприятные для них условия и вымирает или переходит в неактивное состояние. То же самое происходит с организмами, обитающими у поверхности почвы, когда они попадают в нижние горизонты. Почвенная экосистема, выведенная из устойчивого состояния, сохраняет способность к возвращению на прежний уровень. Однако для этого необходим длительный период, в течение которого, очевидно, происходит замедление скорости почвообразовательных процессов. С этих позиций вспашка, как прием обработки почвы, может быть использована в эколого–биосферном земледелии в весьма ограниченных масштабах.

Результатом длительной поверхностной обработки почвы является выраженная дифференциация ее горизонтов. Постоянное поступление растительных остатков в верхние слои создает условия для накопления там органического вещества и активной микробиологической деятельности. Многие считают, что благодаря этому в почве образуются гумусовые вещества. По данным Н. К. Шикулы, коэффициент гумификации соломы и навоза при их неглубокой заделке в 8—11,3 раза больше, чем при вспашке [586]. В подтверждение своей точки зрения он приводит мнение других исследователей, которые также считают, что активная микробиологическая деятельность в верхних слоях почвы и ее дифференциация на горизонты с разным уровнем плодородия "есть не что иное, как естественный процесс почвообразования, который не следует затормаживать вспашкой, а стимулировать соответствующими системами обработки" [234].

В результате изучения микробиологических аспектов формирования плодородия почв И. С. Востров также пришел к выводу о преимуществе поверхностных обработок по сравнению со вспашкой. В своих опытах он наблюдал значительно большее образование гумусовых веществ при размещении растительных остатков в верхнем слое. Это объясняется тем, что минерализация органического вещества в аэробных условиях происходит без образования летучих соединений. При попадании растительных остатков в анаэробные условия они подвергаются брожению с образованием уксусной, пропионовой и масляной кислот, которые к тому же токсичны для высших растений. Поэтому для повышения гумусированности почв он рекомендует размещать органические удобрения в поверхностных горизонтах, где поддерживаются аэробные условия. В соответствии с результатами его наблюдений неглубокая заделка органического вещества способствует развитию сапрофитов, которые сдерживают размножение микроорганизмов, вызывающих корневые гнили зерновых культур [119].

Однако следует отметить, что дифференциация пахотного слоя приводит к тому, что на глубине более 10—12 см формируются менее плодородные почвенные горизонты. Они характеризуются низкой микробиологической активностью, меньшим содержанием элементов минерального питания. Это является одним из существенных недостатков поверхностной обработки почвы. Для его устранения необходимо увеличить поступление органического вещества в почву за счет физиологических свойств растений, за счет внесения навоза, соломы, сидератов, возделывания многолетних трав, а также усиления процессов биологической фиксации азота. Обогащение почвы органическим веществом позволит улучшить корневое питание растений не только азотом, но и другими элементами. Так, установлено, что образование доступных для биоты фосфатов определяется содержанием в почве растительных остатков [558]. То есть на сегодняшний день имеется достаточное количество приемов, которые можно использовать для активизации почвообразовательного процесса в нижних почвенных горизонтах и которые в обязательном порядке должны применяться при переходе на поверхностные обработки.

В исследованиях, проведенных за рубежом, также было установлено, что при применении поверхностных обработок микробиологическая активность в верхних слоях почвы была значительно выше, чем на участках с плужной обработкой. Кроме того, ими были обнаружены сильные различия между изучаемыми вариантами в заселенности почв дождевыми червями. На делянках, подвергавшихся поверхностной обработке, их было 45, а глубокой — только 5 шт./м². По мнению исследователей, проводивших этот эксперимент, лучшие биологические свойства почв на участках, обрабатываемых фрезерной сеялкой, явились причиной большей водопрочности почвенных агрегатов [622].

На повышение численности беспозвоночных при безотвальной обработке почвы обращали внимание и российские ученые. Ими также было отмечено, что щадящая обработка благоприятно влияла на численность дождевых червей [603], которые осуществляют биологическое рыхление почвы. Понятно, что эта функция червей и других почвенных животных имеет очень большое значение при использовании поверхностных обработок.

Заметно способ обработки почвы влияет на энтомофауну агрофитоценозов. Чаще всего встречаются сведения о изменении заселенности посевов хищными насекомыми. На посевах озимой пшеницы, посеянной по безотвальной обработке, общая численность жужелиц оказалась на 18—22% выше по сравнению с участками, где применялась отвальная вспашка. Аналогичные данные получены при обследовании посевов ячменя. При посеве этой культуры по зяби за весь вегетационный период было поймано 518 экз. жуков (на 10 земляных ловушек) и почти вдвое больше (968 экз.) при посеве по поверхностной обработке [243]. На посевах гороха при безотвальной обработке количество хищных жужелиц вида Pterostichus cupreus L. было на 32,9% выше, чем по отвальной вспашке [80]. Поверхностная обработка повышала также численность хищных клещей и коллембол [263].

Большой интерес, в плане повышения биогенности почвы, вызывает нулевая обработка. При ней почва в течение всего года остается в ненарушенном состоянии, а посев производится в узкие профрезерованные полоски шириной 3—5 см. Растительные остатки, сохраняющиеся на большей части поверхности почвы, служат постоянным источником питательных веществ, а также средой обитания для разного рода микроорганизмов и почвенных животных. В этих условиях на протяжении всего вегетационного периода хорошо сохраняются все внутрипочвенные связи, а значит, и не затухает почвообразовательный процесс.

Преимущество нулевой обработки почвы заключается и в том, что при сокращении количества проходов агрегатов по полю почва меньше уплотняется и сохраняет свою структуру. Последствия воздействия машинных агрегатов на почву раскрыты в работе В. Н. Слесарева и Н. В. Абрамова [505]. Этот показатель имеет очень большое значение для почвенного населения. Уплотнение почвы затрудняет или даже делает невозможным перемещение животных, изменяет и многие другие необходимые для жизни условия. Так, в результате уплотнения почвы при двух–трехкратном проезде колесного трактора численность беспозвоночных сокращается в 1,7 раза [67].

По мнению зарубежных исследователей, нулевая обработка почвы должна обеспечивать более высокий урожай, чем вспашка. Однако ее преимущества в полной мере могут проявиться только при длительном применении [410, 271, 263]. Такую же позицию в отношении бесплужной обработки занимает Н. К. Шикула. По его сведениям, прибавка урожая по плоскорезной обработке, по сравнению с отвальной вспашкой, в первой ротации севооборота составила 3,6, во второй — 6,6, в третьей — 9,2 ц/га [585, 586].

Экологическое значение безотвальной обработки почвы просматривается и в снижении выноса с сельскохозяйственных территорий биогенных элементов, вызывающих эвтрофирование водоемов. По обобщенным данным, вынос с поверхностным стоком минеральных элементов с зяби в 3—4 раза больше, чем с участков, на которых применялась безотвальная обработка [378].

6.5. Севооборот и его значение в эколого–биосферном земледелии

Исторический анализ использования различных севооборотов показывает, что к концу XIX в. ввиду расширения потребности в различных культурах, используемых как на продовольственные, кормовые, так и технические цели в земледелии получили распространение плодосменные севообороты. Они позволяли выращивать сельскохозяйственные растения с минимальным отрицательным воздействием на плодородие почвы. По мере увеличения объемов производства и применения средств химизации, а также специализации и концентрации сельского хозяйства севообороты претерпели существенные изменения. Они стали максимально насыщаться культурами, пользующимися наибольшим спросом. Некоторые хозяйства вообще перешли к монокультуре. Но бессменное и повторное выращивание сельскохозяйственных культур становится причиной возникновения многих проблем [57]. Одной из них является распространение заболеваний (табл. 60). По сведениям В. А. Чулкиной, при выращивании зерновых культур в течение одного года поражение растений корневыми гнилями составило 8%, в течение 2—4 лет — 23, 4—5 лет — 75% [574].

Распространение корневых гнилей в севооборотах с большим насыщением зерновыми культурами выявлено во всех регионах страны. Вышеприведенные данные получены на Урале. В Сибири насыщение севооборота зерновыми культурами до 75% повышало численность патогена в почве в 2—3 раза, а распространение болезни — в 1,3 раза [574].

Усиление поражения зерновых культур корневыми гнилями при упрощении севооборотов происходит в результате нарушения структуры почвенного микроценоза. В нем происходит сильная перестройка бактериальных комплексов, ведущая к активизации возбудителей болезни (табл. 60).

Уменьшение численности отдельных видов бактерий при бессменном выращивании сельскохозяйственных культур отмечено и в других исследованиях [56, 57, 58, 521]. После 18-летнего бессменного выращивания пшеницы присутствие в почве высокоактивных бактерий рода Arthrobacter снижалось с 54 до 26%, а бактерий с высокой ферментативной активностью — с 68—72 до 41—48%. В отдельных случаях количество микроорганизмов при монокультуре, по сравнению с севооборотом, может уменьшаться в 200 раз [50].

Бессменное выращивание сельскохозяйственных культур способствует размножению в почве микроорганизмов, оказывающих вредное воздействие на растения. При монокультуре люпина доля фитотоксичных актиномицетов достигает 42,8—80,0%, в то время как при размещении его в севообороте она составляет только 16,4—24,1%. При бессменном выращивании люпина в почве в 3—4 раза увеличивается численность фитотоксичных грибов [242]. Под озимой пшеницей, размещенной в севообороте, доля фитотоксичных грибов от их общего количества равнялась 20%, а под бессменными посевами — 41% [377]. Следовательно, повторные посевы, а тем более монокультура, изменяя состав микрофлоры, так же как и средства химизации, являются столь же мощным экологическим фактором, влияющим на направленность почвенных микробиологических превращений. По этому поводу О. А. Берестецкий отмечал, что монокультура оказывает специфическое влияние на качественное разнообразие микрофлоры. В этом случае в почву на протяжении ряда лет поступает однородный растительный материал. В ней сокращается разнообразие активно метаболирующих форм микроорганизмов, обедняется и перестраивается видовой состав бактерий грибов и актиномицетов. В бессменных посевах в неблагоприятную сторону для развития растений изменяются и свойства микробных сообществ (табл. 61). В индустриально технологических системах земледелия эти недостатки компенсировались, но не устранялись применением средств химизации.

Наиболее типичным и известным примером недооценки значения севооборота служит выращивание сахарной свеклы в Центрально–Черноземной зоне и хлопка в Средней Азии. Возникающие при этом проблемы (ухудшение плодородия почвы, распространение вредителей, болезней и сорняков) решались обычным способом — внесением все возрастающих доз минеральных удобрений и применением постоянно расширяющегося спектра пестицидов. В результате состояние окружающей среды в этих регионах достигло критического уровня [467].

В эколого–биосферном земледелии упрощение севооборотов, а тем более недооценка их значения недопустимы. Это просто не позволит полностью раскрыть его потенциал. В природоохранном земледелии севооборот должен обеспечивать максимально возможную продуктивность, определяемую с учетом соблюдения экологических требований: полное использование питательных веществ, содержащихся во всех почвенных горизонтах; улучшение физико–химических и, что очень важно, биологических свойств почвы; активизацию почвообразовательного процесса; защиту почв от водной и ветровой эрозии; предотвращение выноса биофилов из агроландшафта, а также развитие и распространение сорняков, вредителей и возбудителей болезней сельскохозяйственных культур.

Для выполнения этих требований необходимо прежде всего расширить видовой состав культур, включаемых в севооборот. Очевидность этого давно уже является земледельческим каноном. Но он так глубоко забыт, что в 90‑х гг. XX столетия потребовались дополнительные наблюдения, подтверждающие его незыблемость (табл. 62).

Приведенные данные показывают, что рост численности фитотоксичных видов микроорганизмов сопровождается увеличением токсичности почвы. Это может быть причиной ухудшения прорастания семян, задержки роста и развития растений и снижения их продуктивности, о чем свидетельствуют результаты наблюдений. Поэтому доля зерновых и овощных культур в структуре посевных площадей, с фитопатологической точки зрения, не должна превышать 50, сахарной свеклы — 27— 33, подсолнечника (на семена) — 10—15% [574]. Осторожно следует относиться и к насыщению севооборотов зернобобовыми. Их участие не должно превышать 25—30% [219].

В эколого–биосферном земледелии должны использоваться севообороты, в состав которых включены растения, различающиеся по своим морфобиологическим характеристикам. Этому требованию в большей мере соответствуют плодосменные севообороты. На необходимость их использования обращает внимание и Е. К. Саранин [487]. Для поддерживания плодородия почвы он также рекомендует при составлении севооборотов включать многолетние травы, бобовые и сидеральные культуры, шире использовать внесение органических удобрений. С его предложениями нельзя не согласиться. Но при этом следует добавить, что чередование растений должно учитывать их различную потребность в элементах минерального питания и устойчивость к эрозии и к сорнякам. Кроме того, предпочтение следует отдавать культурам, которые не требуют многократной обработки почвы. Необходимость соблюдения этого положения вызвана тем, что интенсивное механическое воздействие на почву ускоряет минерализацию органического вещества, снижает коэффициент гумификации, ее устойчивость к эрозионным процессам. В результате воздействия на почву ходовых систем уплотняются ее нижние горизонты. Это отрицательно влияет на характеристики почвы как среды обитания живых организмов. Ухудшается аэрация, фильтрация, усложняется миграция почвенных животных из–за уменьшения размеров поровых пространств. Все это приводит к снижению заселенности почвы и, следовательно, замедлению почвообразовательного процесса. В то же время умеренная обработка почвы сдерживает эрозионные процессы, повышает коэффициент гумификации, создает благоприятные условия для размножения многих видов почвенных животных.

Классические примеры плодосменных севооборотов приводит Д. Н. Прянишников [459]. В них сохраняется паровое поле, 50% отводится под хлеба, 25 — под травы и 25% под пропашные культуры. Примерно такое же соотношение должно сохраняться и в эколого–биосферном земледелии. Однако доля пропашных культур, которые, как правило, требуют внесения минеральных удобрений, интенсивной обработки почвы и значительно уступают в конкурентных отношениях сорнякам, должна уменьшаться. Дополнительно в севооборот следует включать зернобобовые, крупяные или другие культуры в соответствии с потребностями рынка.

При составлении севооборотов в эколого–биосферном земледелии большое внимание должно уделяться кормовым культурам. При этом они должны рассматриваться с различных сторон. Не только как кормовое средство и как фактор, воздействующий на плодородие почвы, но и как источник навоза. Это отмечал еще А. Т. Болотов. Он писал: "Соблюдение должной пропорции между скотоводством и хлебопашеством есть главнейший пункт внимания сельского хозяйства. Сии две вещи так между собою связаны, что если одна упущена будет, то неминуемо нанесет вред и другой" (цит. по [52]). Под этим он понимал, что растениеводство должно обеспечивать животноводство кормами, а животноводство, в свою очередь, обеспечивать растениеводство навозом, который возвращает плодородие почвам.

В соответствии с требованиями, которые предъявляются в экологобиосферном земледелии к чередованию культур, далее приводится примерная схема полевого севооборота (табл. 63).

Анализ предложенной схемы чередования культур показывает, что даже без применения минеральных удобрений использование всего комплекса приемов, направленных на повышение плодородия почвы, позволит получать в первой ротации севооборота урожай зерновых культур на уровне 20 и более ц/га. В последующем можно прогнозировать его увеличение. Основанием для такого заключения служит регулярное обогащение почвы органическим веществом, что закономерно ведет к улучшению ее физико–химических и биологических свойств, а также активизации почвообразовательного процесса. Важным резервом в увеличении урожайности культур севооборота должно стать и использование растений с повышенной выделительной функцией корневых систем. Это также будет способствовать обогащению почвы органическим веществом.

6.6. Агрофитоценоз и основные подходы к его формированию

Первым ощутимым вмешательством человека в природу стало превращение естественных фитоценозов в искусственные. Первоначально в культуру вводились растения местной флоры. Их биологические особенности практически полностью соответствовали почвенно–климатическим условиям того района, где они выращивались. Поэтому земледельцу не нужно было прилагать значительных усилий на доведение параметров окружающей среды до оптимальных значений. Агрофитоценозы, создаваемые ранними земледельцами, во многом сохраняли свойства естественных экосистем. Они занимали небольшие участки, и вся площадь находилась в зоне влияния окружавших их природных сообществ. Культивируемые растения имели богатый генетический материал, накопленный в процессе длительной эволюции. В состав агрофитоценозов входили не только культурные растения, но и представители дикой флоры. По предположениям В. В. Туганаева, их участие достигало 15—20% [541]. Полностью сохранялась структура педоценозов, так как почва не подвергалась интенсивной механической обработке. Даже при использовании плуга почва пахалась на глубину не более 10—12 см [503].

Позднее стали использоваться приемы, повышающие урожайность сельскохозяйственных культур. Благодаря достижениям науки и техники появился широкий набор орудий, позволяющих уничтожать сорняки и обрабатывать почву. Постепенно агрофитоценозы превратились в одновидовые посевы, занимающие огромные территории. Это явилось причиной заметного снижения устойчивости агроэкосистем.

Как известно, в большинстве случаев высокая устойчивость естественных биологических сообществ обеспечивается значительным видовым разнообразием, позволяющим даже в неблагоприятные годы поддерживать высокую продуктивность и свойственный им круговорот веществ. Их стабильность достигается за счет компенсаторных возможностей отдельных живых организмов. Каждый из них занимает свое место в сообществе и функционирует при строго определенных параметрах внешней среды. Как только они изменяются настолько, что становятся неблагоприятными для одного вида, повышается активность других. В целом же биоценоз сохраняет устойчивое состояние. Наглядно продемонстрировать преимущества сложных экосистем перед простыми позволяют результаты опыта, проведенного М. М. Камшиловым. Им в модельных экосистемах изучалась интенсивность разрушения фенола. Исследовались следующие модели: 1) бактерии; 2) бактерии и водные растения; 3) бактерии, водные растения, моллюски; 4) бактерии, водные растения, рыбы. Оказалось, что быстрее всего фенол разрушался в 3‑м и 4‑м вариантах, а медленнее всего — в первом [228].

При сельскохозяйственном освоении территорий и создании на них искусственных экосистем происходит резкое сокращение видового разнообразия всех групп живых организмов. Ю. Одум приводит данные о плотности и разнообразии популяций членистоногих на просяном поле и сменившем его в следующем году сообществе разнотравья. По его сведениям, уже через год произошли следующие изменения.

1. Значительно уменьшилась численность растительноядных насекомых, а также общая плотность членистоногих.

2. Существенно увеличилось видовое разнообразие и индексы общего разнообразия всего состава членистоногих.

3. Значительно возросли численность, разнообразие и соотношение хищников и паразитов: хищники и паразиты на просяном поле составляли 17% всего населения, тогда как на сообществе разнотравья — 47%, то есть они по своей численности превзошли фитофагов [410].

Агрофитоценоз, состоящий из одной культуры, становится уязвимым для многих факторов окружающей среды, а его устойчивость ограничена потенциальными возможностями растений, входящих в его состав. Таким образом, природные биоценозы представляют собой довольно устойчивую систему, в которой имеются внутренние механизмы, поддерживающие их структуру при возмущении внешней среды. Агрофитоценозы, в отличие от природных растительных сообществ, характеризуются низкой саморегулируемостью, а следовательно, и устойчивостью. Оградить одновидовые посевы полевых культур от вредителей, болезней и сорняков без вмешательства человека невозможно. Его роль заключается в том, что он на свои плечи взваливает работу, которая в естественных условиях выполняется за счет внутренних возможностей экосистем.

Как уже отмечалось, создавая простые агрофитоценозы, наше внимание сосредоточивается только на культурных растениях. Для них создается максимум благоприятных условий. Вся вкладываемая энергия направляется исключительно на увеличение урожайности. При этом абсолютно игнорируются остальные структурные компоненты агробиогеоценоза, для которых одностороннее изменение условий обитания небезразлично. Некоторая их часть активизируется, другая же, не выдержав антропогенного давления, постепенно исчезает из сообщества. Упрощаясь, агробиогеоценозы утрачивают свойства, характерные для естественных биоценозов. Для придания им устойчивости мы вынуждены вкладывать дополнительное количество энергии (вносим минеральные удобрения, применяем пестициды), что позволяет на короткий срок сдерживать развитие нежелательных процессов, но в то же время еще сильнее расшатывает агробиогеоценоз. Следовательно, делая ставку на одновидовые посевы, применение минеральных удобрений и пестицидов, мы увеличиваем его зависимость от антропогенного потока энергии. Однако такой путь развития сельского хозяйства не может нас устраивать. По мнению А. А. Жученко и А. Д. Урсула [186], в понятие интенсификации в современных условиях должно вкладываться не дальнейшее насыщение технологий выращивания сельскохозяйственных культур приемами, истощающими невосполнимые природные ресурсы, а полное использование адаптационного потенциала растений и естественных природообразовательных процессов, протекающих в биосфере.

Думается, что выход из сложившейся ситуации лежит через изменение структуры агрофитоценоза. Он должен создаваться с учетом законов, регулирующих функционирование естественных экосистем. Правила, которым подчиняются природные сообщества, подсказывают нам, что многие проблемы современного земледелия могут быть решены за счет рациональной организации агрофитоценоза.

Основной причиной распространения в фитоценозах вредителей, болезней и сорняков является то, что, формируя на месте многовидовых сообществ одновидовой посев, мы создаем благоприятные условия для некоторых видов живых организмов. В простых посевах они находят свободные экологические ниши, пищевой ресурс и поэтому очень быстро размножаются. Их полное уничтожение не решает проблемы, так как пустующие ниши со временем будут заполняться другими живыми организмами. Предотвратить развитие и распространение сорняков, вредителей и болезней можно только в том случае, если в агрофитоценозах все свободные экологические ниши займут организмы, которые бы прямо или косвенно контролировали их численность. В качестве таких структурных компонентов следует использовать различные растения. Их включение в состав культурного сообщества может иметь двоякую цель. Первое — это увеличение гетерогенности агробиогеоценоза, а второе — получение дополнительной сельскохозяйственной продукции.

Многовидовые посевы в истории земледелия используются очень давно. Такой способ выращивания растений возник в результате взаимодействия многовекового крестьянского опыта, биологических особенностей возделываемых культур и почвенно–климатических условий. Наибольшее распространение смешанная культура получила в Африке и Индокитае. Во многих странах этих регионов крестьяне до настоящего времени прибегают к посевам, в состав которых входит 5—10 культур [356]. Как показали наблюдения, главное преимущество смешанных посевов — в их способности эффективно использовать факторы окружающей среды. С учетом урожайности всех культур они характеризуются более устойчивой продуктивностью, чем одновидовые посевы [356]. Одним из примеров выращивания сельскохозяйственных культур в смешанных посевах может служить опыт земледелия в бассейне Амазонки. Он предусматривает максимальную имитацию условий влажно тропического леса. На одном поле там выращивают корнеплоды, бобы, тыкву, маниок, батат, бананы, ананасы. Считают, что "одновременное выращивание нескольких культур, имеющих различные сроки и продолжительность созревания, обеспечивает лучшую защиту почвы от эрозии, более полное использование влаги и питательных веществ в разных слоях почвы, страхует при неурожае отдельных культур, затрудняет распространение вредителей и болезней сельскохозяйственных растений" [463].

Пройдя длительную проверку временем, смешанная культура в развитых странах вошла в противоречие с требованием индустриализации сельскохозяйственного производства. Многовековой крестьянский опыт большей частью был отброшен и забыт. Сейчас мы имеем только отдельные сведения о способах выращивания культур нашими предками. В основном это данные о нормах высева и урожайности. При изучении исторических документов обнаруживается, что древние земледельцы, не обладавшие глубокими научными знаниями, мощной техникой и средствами химизации, зачастую имели поразительные успехи. Урожайность зерновых культур в междуречье Тигра и Евфрата в III тыс. до н. э. достигала сам 36, сам 50 и даже сам 104. Сам 104 соответствует 208 ц/га. Ячмень, по описаниям Геродота (5 в. до н. э.), давал сам 200 и сам 300 [26]. Конечно, можно выражать большие сомнения в достоверности дошедших до нас сведений, но в то же время они заставляют задуматься о том, что не потеряли ли мы в процессе развития земледелия, кроме плодородия почвы, высокопластичные формы и сорта растений и достаточно надежные по своей эффективности и природоохранным качествам способы возделывания сельскохозяйственных культур.

На большей части территории России сельскохозяйственное освоение земель происходило значительно позднее, чем в центрах мирового земледелия. Это, а также неблагоприятные почвенно–климатические условия и ограниченный выбор культурных растений отразились на способах их выращивания. Они ориентированы преимущественно на одновидовые посевы. Но некоторые культуры и в нашей стране выращивались в смешанных посевах [579]. По свидетельству В. И. Шадурского, российская "Земледельческая газета" в 1844 г. опубликовала более 20 статей, в которых обобщался местный и зарубежный опыт выращивания яровых и озимых культур в совместных посевах. Он же приводит данные об урожаях зерновых культур, которые получали в конце XIX — начале XX в. на севере Зауралья. Оказывается, урожайность яровых культур в 200 пуд./дес. (соответствует 29,4 ц/га) считалась только хорошей, но не высокой. Рекордные урожаи зерновых достигали 250— 300 и даже 360 пуд./дес. И это без внесения минеральных удобрений.

В XX столетии ученые неоднократно возвращались в своих исследованиях к смешанным посевам. Однако они рассматривали их не как организованную структуру, способную противостоять неблагоприятным факторам окружающей среды, а с более практической стороны. Так, включение бобовых в состав посевов злаковых культур положительно влияет на качество корма. В нем повышается содержание сырого протеина, улучшается аминокислотный и минеральный состав. Выращивание гороха в смеси с культурами, имеющими прочный стебель, позволяет предотвратить его полегание. Очень большое внимание смешанным посевам уделяется в луговодстве. По мнению Л. Ю. Каджилюса [224], преимущества травосмесей перед одновидовыми посевами состоят в следующем.

1. Смеси, как правило, более урожайны.

2. Растения, входящие в состав травосмесей, лучше противостоят действию отрицательных температур в зимний период, дольше сохраняются и дают более устойчивый урожай по годам.

3. Смеси лучше используют питательные вещества, так как их корни охватывают больший объем почвы.

4. Бобовые, входящие в состав смесей, участвуют в обеспечении других растений азотом.

5. Смешанные посевы лучше используют солнечную энергию, так как растения, входящие в их состав, имеют различную форму и расположение листовых пластинок. Это обеспечивает более оптимальное распределение листьев в пространстве.

6. Травосмеси меньше страдают от сорняков, вредителей и болезней.

7. Травосмеси в большей степени, чем одновидовые посевы, улучшают структуру почвы, так как образуют очень много корней.

8. При возделывании травосмесей снижается вероятность возникновения почвоутомления.

Последние достижения экологии и агрофитоценологии выводят исследования совместных посевов на новый уровень. Биоценотическии подход при формировании искусственных сообществ дает возможность использовать их внутренние резервы в борьбе с вредителями, болезнями и сорняками. Использование смешанных культур позволяет повысить неоднородность агробиогеоценоза. Появляется множество дополнительных условий, наличие которых необходимо для нормальной жизнедеятельности целого комплекса живых организмов. Повышается разнообразие мест обитания, микроклимата, пищевых ресурсов для консументов и редуцентов, аллелопатического фона и т. д. Таким образом, насыщая смешанные посевы разнообразными растениями, можно целенаправленно изменять гетерогенность среды, а значит, и степень ее благоприятствования как для культурных растений, так и нежелательных структурных компонентов агробиогеоценозов.

Успешное выращивание сельскохозяйственных культур в смешанных посевах возможно только при научно обоснованном подборе компонентов. Включение в состав смесей растений без учета их биологических особенностей может привести к отрицательным результатам. В наших исследованиях было установлено, что совместное выращивание клевера лугового эффективно, если в состав смеси входят овсяница и тимофеевка луговая, а люцерны — тимофеевка луговая. Продуктивность травосмесей с участием других видов злаковых трав оказалась ниже (табл. 64).

Большое внимание совместимости и подбору культур для смешанных посевов уделяли в своих работах A. M. Гродзинский, Ю. А. Злобин, В. П. Иванов, Б. М. Миркин, П. В. Юрин. Ими разработаны основные принципы конструирования агрофитоценозов. Они включают в себя учет следующих особенностей растений: характер пространственного расположения листьев, их форму и ориентацию, реакцию на изменение интенсивности освещения, требовательность к влажности и устойчивость к водному дефициту, тип корневой системы и глубину проникновения корней, периодичность поглощения минеральных элементов, способность усваивать питательные элементы из труднодоступных соединений и время прохождения отдельных фенофаз. Подбор компонентов для смешанных посевов должен идти в направлении совмещения растений, отличающихся по морфологическим признакам и предъявляющих различные требования к условиям окружающей среды. От того, насколько будет выполнено это условие, зависит реализация потенциальных возможностей всего посева и отдельных его компонентов.

Совмещение растений в смешанных посевах должно проводиться с учетом их аллелопатического взаимодействия. Этому вопросу в последние годы уделяется очень много внимания. При изучении аллелопатических характеристик полевых культур среди них выявлены виды с по вышенной активностью. К ним относятся рапс, сурепица и редька масличная. Включение в смешанные посевы таких растений в значительной мере определяет продуктивность отдельных компонентов. Кроме того, оказывается, многие крестоцветные сдерживают развитие сорняков [152, 153].

Весомый вклад в изучение особенностей смешанных посевов полевых культур внес П. В. Юрин [604]. В его монографии "Структура агрофитоценозов и урожай" убедительно показаны преимущества смешанных посевов. Например, в его многолетних опытах урожайность кукурузы в односортовых посевах составила 343 ц/га, а в смешанных посевах, в состав которых входили сорта с различной высотой и скороспелостью — 472 ц/га. Превосходили по урожаю односортовые посевы и смеси сортов зерновых культур. В своих исследованиях он не ограничился изучением взаимодействий между растениями. Им также дан анализ влияния структуры растительных сообществ на вредных насекомых и устойчивость растений к' патогенным микроорганизмам. Смешанные посевы разных видов или даже разных сортов одного вида оказались более устойчивыми к инфекционным заболеваниям и вредителям. Одна из причин меньшего воздействия вредителей на разновидовые посевы объясняется присутствием в их составе растений–репеллентов, обладающих свойством отпугивать некоторые виды насекомых.

Положительный эффект от совмещения кукурузы в одном посеве с другими кормовыми растениями получен в опытах, проведенных в Сибирском НИИ кормов (табл. 65).

В связи с тем, что основным моментом в концепции экологического земледелия является активизация почвообразовательных процессов, большой интерес вызывают сведения о влиянии смешанных посевов на биологические свойства почвы. В опытах П. В. Юрина установлено положительное влияние смешанных посевов на развитие клубеньковых бактерий и азотобактера. Следует полагать, что так как при выращивании растений в смешанных посевах, особенно разновидовых, в почву поступают разнообразные по химическому составу корневые выделения и послеуборочные остатки, то, кроме указанных изменений, в ней в равной степени происходит активизация всех микробиологических процессов.

В современном земледелии используются различные способы выращивания сельскохозяйственных растений, которые предусматривают их совмещение в одном посеве (подсевные культуры) или в одном поле севооборота (пожнивные, поукосные и промежуточные культуры). Наибольший интерес, по нашему мнению, представляет идея конвейерного земледелия, разрабатываемая на кафедре земледелия Свердловского СХИ [538]. Суть конвейерного земледелия состоит в том, что используя отдельные агротехнические приемы и целенаправленный подбор культур, создается посев, структурные компоненты которого созревают в различные сроки. В нем одновременно присутствуют растения, достигшие хозяйственной спелости и находящиеся на начальных этапах развития. После уборки урожая растения, находившиеся под его пологом, быстро набирают силу и формируют следующий. Такой способ совмещения растений позволяет более эффективно использовать факторы окружающей среды в начальные и заключительные периоды развития растений. После уборки урожая почва не оголяется полностью, а значит, не подвергается воздействию солнца, воды и ветра. В ней менее интенсивно происходит минерализация органического вещества, намного снижается вероятность возникновения эрозионных процессов.

Авторами идеи конвейерного земледелия испытано несколько вариантов технологий выращивания сельскохозяйственных культур, позволяющих получать с одного участка два–три урожая в год. При этом поле превращается в однопольный севооборот, состоящий из 3—4 культур. Суть одного из вариантов состоит в следующем. Рано весной в рожь подсевается смесь, состоящая из овса, ячменя, вики, гороха. Рожь скашивается в фазе трубки, подсеянная смесь — в фазу бутонизации бобовых. Вслед за уборкой второго урожая поле подвергается тщательной поверхностной обработке и засевается смесью зернобобовых культур для получения третьего урожая [538].

Приемы выращивания растений в смешанных посевах разрабатываются во многих научных учреждениях. Но следует отметить, что большинство специалистов, изучающих эту проблему, не придает должного значения фитоценотическим принципам подбора компонентов, а повышение гетерогенности посева не рассматривается как способ регулирования видового состава и численности живых организмов, входящих в агробиогеоценоз. Необходимость учета взаимовлияния растений при создании смешанных посевов подтверждается результатами исследовании. Так, прорастающие семена кукурузы отрицательно реагируют на выделения прорастающих семян проса, гороха и овса. Этого не наблюдалось в присутствии семян пшеницы, ржи, сои, подсолнечника, овса и ячменя [145]. В других исследованиях было установлено, что кукуруза и фасоль при их совместном выращивании оказывали друг на друга положительное влияние. При выращивании кукурузы в смеси с нутом она снижала свою продуктивность [432].

При конструировании смешанных посевов очень важным становится вопрос о степени сложности агрофитоценоза, которая обеспечивает его устойчивость. Графическое изображение предполагаемого изменения устойчивости сообществ при повышении их разнообразия выглядит следующим образом (рис. 12).

Рис. 12. Влияние степени разнообразия сообщества на его устойчивость

Как видно из рис.12, незначительное увеличение сложности агрофитоценоза несущественно отражается на его прочности. И только при определенном уровне разнообразия происходит заметное повышение устойчивости сообщества. Другими словами, создание относительно устойчивых агрофитоценозов возможно только в том случае, если будет обеспечен определенный минимум их разнообразия. Но здесь возникает противоречие. С одной стороны, при увеличении сложности повышается устойчивость фитоценоза, а с другой — усложняется его использование, что связано с различием растений по хозяйственному назначению. Решение этого противоречия в значительной степени будет зависеть от подбора компонентов для смешанных посевов и возможностей техногенных факторов выращивания сельскохозяйственных культур. В природе встречаются и простые устойчивые сообщества. Однако все они характеризуются большим соответствием экологических особенностей живых организмов условиям мест обитания. В агрофитоценозах это не возможно. Поэтому единственным способом придания им устойчивости является повышение степени их разнообразия.

Растения, входящие в агрофитоценоз, должны выполнять следующие функции: удерживать численность сорняков, вредителей и возбудителей болезней на уровне ниже порога вредоносности, способствовать повышению эффективного и потенциального плодородия почвы, обеспечивать получение максимального (но не в ущерб плодородию почвы) выхода хозяйственноценных частей растений. Но поскольку ни одна из выращиваемых культур не может в полной мере отвечать столь разнообразным требованиям, при составлении смешанных посевов каждому его компоненту должна отводиться строго определенная роль. В посевы могут включаться и растения, не имеющие хозяйственного значения, но обладающие ярко выраженным свойством, позволяющим активно вмешиваться в жизнь агробиогеоценоза. Частично такие способности, вероятно, имеются у некоторых сорных растений, и это необходимо использовать в практических целях. Например, присутствие в определенной доле сорных растений в агрофитоценозах повышает урожайность сельскохозяйственных культур [319]. Б. М. Миркин и Ю. А. Злобин считают, что полезные свойства сорных растений состоят в следующем:

- сорняки играют важную роль в циклах круговорота веществ и энергии в агроэкосистемах. Сорняки поглощают минеральные элементы из тех слоев почвы, в которые не проникают корни культурных растений. После их гибели происходит обогащение почвы питательными веществами;

‐ сорные растения защищают почву от эрозии, особенно при возделывании пропашных культур;

‐ сорные растения могут отпугивать многих нежелательных насекомых и в целом разнообразят видовой состав сообщества;

‐ сорные растения обогащают биологический фон в подземной сфере сообщества, что способствует более активной деятельности почвенных насекомых, грибов, бактерий;

‐ в посевах, выращиваемых на зеленый корм, некоторая примесь сорных видов улучшает поедаемость и переваримость корма, так как играет роль вкусовой добавки;

‐ сорные растения несут информационную функцию. По ним можно определять такие показатели, как кислотность почвы, содержание отдельных химических элементов, структуру почвы и т. д.;

‐ сорные растения могут быть источником дополнительных растительных ресурсов [352].

Ориентация выращивания сельскохозяйственных культур в смешанных посевах открывает больший простор селекции. Создаваемые для эколого–биосферного земледения сорта должны отличаться экологической пластичностью и обладать свойствами, повышающими устойчивость агробиогеоценоза. Использование сортов, создававшихся под интенсивное применение средств химизации, не позволит в полной мере раскрыть потенциал как природоохранного земледелия, так и возможности сортов.

В понятие экологическая устойчивость вкладывается не только способность растений противостоять недостатку элементов минерального питания и воды, низким и высоким температурам, кислотности и солености почвенного раствора, но и вредителям, а также возбудителям болезней. Одним из факторов, сдерживающих их размножение и развитие, является наличие в культурных растениях вторичных соединений, таких как алкалоиды, флавоноиды, терпены, гликозиды. Они, по мнению Ю. А. Захваткина, выполняют роль репеллентов и аттрактантов. В практике современной селекции вторичные вещества относят к нежелательным, так как они придают сельскохозяйственной продукции специфический вкус и запах. Поэтому их присутствие в создаваемых культурных растениях постепенно снижалось. Но в то же время они утрачивали устойчивость к вредителям и возбудителям болезней, так как исчезал фактор, сдерживающий их развитие. В индустриальнотехнологических системах земледелия этот недостаток компенсировался применением средств защиты растений. При переходе на экологобиосферное необходимо не только вернуть эти свойства растениям, но и усилить их. Только в этом случае появится возможность без ущерба для урожая отказаться от использования средств химизации.

Использование новых сортов и научно обоснованных рекомендаций по составлению смешанных посевов позволит в перспективе создавать агрофитоценозы с планируемыми сукцессионными изменениями.

6.7. Место агролесомелиорации в эколого–биосферном земледелии

Характерной чертой индустриально–технологического периода в развитии земледелия является распашка больших территорий, на которых создаются простые по своей структуре агрофитоценозы. В агроландшафтах, особенно степной зоны, практически полностью отсутствуют лесные массивы. Первым, кто со всей очевидностью осознал опасность сведения лесов, был основатель почвоведения В. В. Докучаев. Проанализировав причины снижения урожаев в европейской части России в конце XIX в., он пришел к выводу, что они порождены неразумной деятельностью человека. В обоснование своего заключения он приводит следующие цифры. Если в Полтавском уезде леса прежде занимали более 34% всей площади, то к концу XX в. — только 7%, в Роменском и Лубенском уездах, соответственно, 26 и 9%, 30 и 4%. В своей работе "Наши степи прежде и теперь" он писал: "Леса, защищавшие местность от размыва и ветров, скоплявшие снега, способствующие сохранению почвенной влаги, а вероятно, и поднятию горизонта грунтовых вод, охранявшие ключи, озера и реки от засорения, уменьшавшие размеры и удлинявшие продолжительность весенних водополей, — эти, можно сказать, важнейшие, наиболее надежные и верные регуляторы атмосферных вод и жизни наших озер, рек и источников местами уменьшились в 3—5 и более раза". Уничтожение лесов и спровоцировало возникновение губительных засух и пыльных бурь [169]. Изучение исторических документов показало, что в XVIII в. было 9 острозасушливых лет, в XIX — 26, а в первой половине XX в. — 17 [208].

Активное вмешательство человека в окружающую среду продолжается. Площадь, занятая лесными массивами, неуклонно сокращается. Это закономерно изменяет условия, в которых приходится выращивать сельскохозяйственные культуры. Происхождение засух при чрезмерной распашке наглядно описывается А. Иващенко. Весной поверхность земли, лишенная растительного покрова, под солнечными лучами очень быстро и сильно нагревается (до 50 °C и более). От накаленной почвы повышается температура соприкасающегося с ней воздуха, и он устремляется в небо, унося с собой огромное количество испаряющейся воды. К нагретой поверхности почвы поступают все новые и новые массы воздуха, которые опять поднимаются вверх. Так в атмосфере над распаханным полем возникают локальные конвекционные потоки. И если размеры поля небольшие, то существенных изменений в атмосферных процессах не происходит. Но если суммарная площадь распаханных участков достаточно велика, то небольшие воздушные течения сливаются в единый восходящий мощный поток, нарушающий тысячелетиями складывающийся ход атмосферных процессов [208].

Лесные массивы в агроландшафтах — важный климатообразующий фактор, влияющий на примыкающие к ним посевы [397]. Естественные колки размером 70—80 х 25—30 м овальной формы повышают на прилегающей территории, по сравнению с открытым пространством, высоту снежного покрова, запасы влаги и влажность почвы в метровом слое на протяжении всего вегетационного периода. Продуктивность кормовых угодий, расположенных в зоне влияния колков, выше на 18—38% [353].

Значительное улучшение условий роста растений происходит и под прикрытием искусственных лесонасаждений. Правильно сформированная система лесополос повышает на полях в 1,5—2 раза мощность снежного покрова, в 1,5—2 раза снижается глубина промерзания почв. В 1,5—2,2 раза снижается интенсивность снеготаяния, и поэтому основная масса талых вод фильтруется в почву, а не стекает по ее поверхности [455].

Планомерное облесение больших пространств способствует выпадению большего количества атмосферных осадков. Так, на территории Мариупольской опытной станции раньше выпадало 400 мм осадков в год, позднее, после создания системы лесополос — 480 мм. Имеются примеры, когда сеть искусственных лесонасаждений повышала зеркало грунтовых вод. В Тимашевском лесоаграрном ландшафте за последние 30 лет их уровень под лесными полосами повысился на 163 см [421].

Анализ информации, проведенной с использованием ЭВМ, показал, что за 90 лет существования лесополос в Каменной степи на 37% уменьшилась скорость ветра, на 20—25% повысились запасы воды в снеге, снизился абсолютный минимум и максимум температуры воздуха и увеличился безморозный период. В системе с защитными лесными насаждениями, по сравнению с необлесенными территориями, относительная влажность воздуха повысилась на 3—10% [520]. Аналогичные данные получены при обследовании лесоаграрного ландшафта на территории совхоза "Гигант" Ростовской области [537].

Лесные полосы оказывают благоприятное воздействие на плодородие почвы. Вблизи старовозрастных полос отмечают повышение содержания гумуса. Частично этот факт объясняется тем, что осенью со спадом листьев из лесных полос на поля выносится от 500 кг до 2 т/га органического вещества, в котором содержится около 200 кг азота, 40 кг калия и 20 кг фосфора [421].

Лесополосы являются идеальной системой, предотвращающей эрозионные процессы и вынос биогенных элементов с поверхностным стоком. По данным В. И. Антонова (цит. по: Е. С. Павловский), шестирядная лесная полоса продуваемой конструкции уменьшала вынос аммиачного азота на 30—62%, нитратного азота — на 38—43, подвижного фосфора — на 12—64, калия — на 34—61%. В опытах, проведенных в УкрНИИЛХА, установлено, что только за счет снижения содержания в поверхностном стоке твердых частиц вынос азота с облесенных пахотных земель, по сравнению с открытыми массивами, меньше в 2,5—7 раз, фосфора — в 2—6, калия — в 3—5 раз [421]. Препятствуя переносу веществ в агроландшафте, леса превращаются в биогеохимический барьер, который регулирует геохимический поток. Значение этой функции леса выходит за рамки агроэкосистемы. В конечном итоге она определяет состояние сопредельных экосистем.

Благодаря улучшению условий роста растений в лесоаграрном ландшафте, повышается продуктивность пашни. Урожайность зерновых культур повышается в среднем на 15—20%, подсолнечника — 20—15, проса — 20— 25, сахарной свеклы — 25—30, овощных культур — 40— 45%. При этом отмечено снижение колебаний урожайности по годам [420, 421].

Преимущества облесенных полей в плане улучшения климатических показателей очевидны. Вместе с тем, следует отметить, что значение лесных массивов и лесопосадок в аграрном ландшафте не ограничивается рассмотренным вопросом. В последние годы все отчетливее проявляется экологическая роль лесополос. Они являются естественной преградой, предотвращающей распространение болезней и вредителей сельскохозяйственных культур. Лесополосы, фильтруя воздух, осаждают споры фитопатогенных микроорганизмов, сокращают межфациальные миграции насекомых, в них накапливается полезная энтомофауна [373, 433]. По данным И. Ф. Павловского и А. Я. Понуровского (цит. по: Е. С. Павловский), общая численность энтомофауны в лесоаграрном ландшафте выше, чем на открытых полях на 37—45%, а количество таких насекомых, как жужелицы и тлевые коровки, соответственно, в 2,6 и 6—7 раз. Если гибель полезных насекомых в зимний период в лесополосах составила 13%, то на необлесенных участках — 47%. В опытах, проведенных в Куйбышевской области, общая численность фитофагов на облесенном поле яровой пшеницы была ниже в 1,4—3 раза. При этом видовой состав энтомофауны увеличивался в 1,5—2 раза [277].

Защитные лесные насаждения способствуют увеличению численности на аграрной территории птиц, мелких и крупных беспозвоночных. Более того, искусственные посадки, особенно в степной зоне, становятся единственным местом обитания многих животных и по существу спасают их от вымирания. В этом состоит биосферное значение природоохранного земледелия. Сведение лесов на больших пространствах, разрушение мест обитания многих животных является одной из (главных причин их вымирания. Создавая полезащитные лесные полосы, мы одновременно с решением земледельческих проблем создаем предпосылки для предотвращения вымирания животных. То есть переход на эколого–биосферное земледелие является одним из условий сохранения биоразнообразия на планете.

Роль лесных полос в увеличении численности живых организмов можно проследить на ряде примеров. В Ростовской области при создании лесозащитных насаждений количество млекопитающих, поусравнению с необлесенными участками, возросло с 18 до 31, птиц —c 27 до 78, пресмыкающихся — с 4 до 5 видов [421]. В Каменной степи, спустя 60 лет после посадки лесных полос, разнообразие птиц увеличилось с 46 до 70 видов, зверей — с 12 до 30 видов [304].

Различия в заселенности агроландшафтов в зависимости от облесенности хорошо видны из данных табл.66.

Увеличение видового разнообразия способствует повышению экологической стабильности всей лесоаграрной системы. Поэтому в ней должны постепенно исчезать предпосылки для возникновения эпифитотий и массового размножения насекомых, наносящих вред культурным растениям.

Значение для эколого–биосферного земледелия обогащения агроландшафта различными формами жизни можно показать на примере птиц. Они обладают повышенным обменом веществ. Мелкие птицы за сутки съедают такое количество корма, которое приблизительно равно их собственному весу [70]. Большинство из них питается насекомыми, обитающими на растениях и в поверхностных слоях почвы, и поэтому птицы способны регулировать численность вредителей на полях. Пара взрослых грачей в период выкармливания птенцов за одни сутки собирает 700—1000 особей насекомых, что составляет 40—45 г. Пара скворцов ежесуточно скармливает птенцам 1400 экз. беспозвоночных общей массой 89,6 г [21]. Грачи в Кустанайской области уничтожают 50— 83,3% прямокрылых при их начальной плотности 0,8—1,8 экз./м² [21]. По сведениям Г. Е. Кореньковой (цит. по: Э. И. Голованова), скворец и зяблик в степной зоне снижают численность черепашки на 55%. В Ростовской области вредную черепашку на 50% поедают сороки [140].

Появление в агрофитоценозах хищных млекопитающих и птиц служит регулятором численности мышевидных грызунов, причиняющих вред зерновому хозяйству. Установлено, что встречаемость грызунов на краях полей, примыкающих к лесу, в 5—7 раз ниже, чем в центре поля Ширина такого "краевого эффекта" составляет от 150 до 140 м. Он образуется в результате уничтожения мелких млекопитающих хищными животными и птицами [72].

Функционирование любых сообществ с участием растений очень сильно зависит от их биоценотической активности. Этот вопрос в отношении взаимодействия растений через выделяемые ими метаболиты уже рассматривался ранее. Повторное обращение к нему связано с тем, что, по нашему мнению, естественные лесные массивы и лесополосы выполняют в аграрном ландшафте, кроме всех перечисленных функций, роль поставщика биологически активных веществ. Суточная фитонцидная продуктивность лиственного леса составляет 2, а хвойного 3 кг/га. Казалось бы, такие количества выделяемых веществ не могут повлиять на экологическую ситуацию в агроландшафте. Однако если принимать во внимание, что биологическая активность выделяемых растениями веществ проявляется при их чрезвычайно малой концентрации в окружающей среде, то не придавать значения этому факту было бы неосмотрительно. Видимо, благодаря древесным насаждениям в лесоаграрном ландшафте создается определенный аэрохимический фон [66], который является одним из факторов, определяющим условия обитания живых организмов. Жители сельской местности, без сомнения, не раз являлись свидетелями того, как пыльца берез, образующаяся в больших количествах в благоприятные для цветения годы, порывами ветра поднимается в воздух, образуя прозрачные желто–зеленые облака. Через некоторое время она осаждается на землю, покрывая ее или хозяйственные постройки желто–зеленым налетом. Похожее явление происходит и в период массового цветения черемухи. В тихие безветренные дни ее запах ощущается на большом расстоянии. Приведенные примеры касаются только тех случаев, когда присутствие раздражителя явно и воспринимается даже человеком, имеющим огрубевшие органы чувств. На самом же деле древесная растительность является источником большего количества факторов, имеющих химическую природу, которые в той или иной степени воздействуют на живые организмы, обитающие как в лесных массивах, лесополосах, так и на прилегающих к ним полям.

В связи с тем, что микроорганизмы и насекомые очень чутко реагируют на присутствие в окружающей среде биологически активных веществ, аэрохимический фон, создаваемый древесной растительностью через выделение фитонцидов или обильное цветение, может быть использован в целях регулирования их численности и активности.

Итак, лесонасаждения, кроме улучшения климатических факторов, способствуют повышению экологической емкости аграрных ландшафтов. Целенаправленное регулирование видового состава, размера и структуры лесозащитных насаждений может быть использовано для изменения в нужную сторону общей экологической обстановки. Управление отдельными компонентами сообществ следует осуществлять через определенным образом сформированные ландшафтные инженерно–биологические комплексы, которые предусматривают создание или ликвидацию экологических ниш для живых организмов [455].

Ранее конструирование защитных лесных насаждений велось с учетом максимального выполнения ими климатообразующей роли. Но теперь этого недостаточно. Не менее важной функцией лесополос, особенно в экологобиосферном земледелии, является придание агроландшафтам экологической устойчивости и сохранение биоразнообразия. В связи с этим должны быть пересмотрены требования к их форме, конструкции и структурному составу. Перечисленные показатели должны обеспечивать нормальные условия обитания для всего комплекса живых организмов, присутствие которых в агроландшафтах необходимо для реализации потенциальных возможностей сельскохозяйственных растений, восстановления биоразнообразия и максимального сохранения природных биогеохимических потоков. Аналогичный подход должен быть использован при определении площади и размеров безлесового пространства. Следует добиваться того, чтобы все оно находилось в зоне влияния лесных биоценозов.

Рис. 13. Примерная схема элементарной лесоаграрной единицы

Как нам представляется, лесоаграрный ландшафт должен состоять из отдельных элементарных лесоаграрных единиц. Схематическое изображение элементарной лесоаграрной единицы приведено на рис.13. В приложении к конкретной территории ее границы должны быть не прямолинейными, а определяться с учетом особенностей ландшафта и его отдельных элементов.

Особенность приведенной схемы состоит в том, что в ней имеется буферная зона. Она включает в себя промежуточное пространство между лесополосой и полем. Ее выделение вызвано тем, что территория, прилегающая к лесополосам на расстояние 1—2 Н (Н — высота древесной растительности), резко отличается по ряду признаков от безлесового пространства. Весной почва в этой зоне, вследствие большого накопления снега, имеет повышенную влажность. В степных и полупустынных климатических поясах, в непосредственной близости к лесополосам, в отдельные годы наблюдается некоторое угнетение полевых растений, не отражающееся, правда, на общем положительном влиянии лесных насаждений на урожайность полевых культур. Все это создает определенные трудности при обработке почвы и уборке урожая [421]. Поэтому, с нашей точки зрения, на территории буферных зон не следует выращивать сельскохозяйственные культуры. Ее необходимо использовать для придания лесоаграрному ландшафту еще большей разнородности. Буферная зона должна засеваться многолетними травами. На ней следует также в определенном порядке создавать небольшие островки кустарников и небольших деревьев. Это будет способствовать появлению дополнительных экологических ниш для тех птиц и животных, которые обычно избегают сплошных лесных массивов. В то же время многолетние травы могут быть использованы для заготовки кормов.

В связи с тем, что потенциальные возможности эколого–биосферного земледелия реализуются только в лесоаграрном ландшафте, интересно проследить, как изменяется отношение к лесомелиорации в нашей стране. Получить представление об этом можно на примере масштабов полезащитного разведения (табл. 67). Из приведенных данных видно, что происходит неуклонное снижение объемов агролесомелиорации. Это можно объяснить только порочной системой хозяйствования, в основе которой лежит стремление к получению сиюминутной выгоды, а все проблемы, возникающие в результате неразумной деятельности, предоставляется решать грядущим поколениям.

Эколого–биосферное земледелие, в котором важное место отводится агролесомелиорации, должно способствовать и решению такой глобальной проблемы, как потепление климата. В 70—80‑е гг. XX столетия среднегодовые температуры воздуха у поверхности земли были наивысшими за последние 130 лет [138]. Если в 1890 г. средняя глобальная температура воздуха была 14,5 °C, то в 1980 г. она составила 15,2 °C. Самые теплые периоды приходятся на 1980, 1981, 1983, 1987 и 1988 гг. [307, 308]. Потепление климата на планете объясняется накоплением С0₂ в атмосфере в результате сжигания больших объемов органического топлива.

Предлагается несколько вариантов решения этой проблемы. Суть одного из них состоит в том, что необходимо увеличить площадь лесов, которые являются основным поглотителем углекислого газа. Необходимость проведения этого мероприятия хорошо согласуется с потребностями экологобиосферного земледелия. Поэтому восстановление лесного покрова как поглотителя избыточного углекислого газа целесообразно проводить в агроландшафтах. Это позволит ослабить напряженность глобальных экологических проблем и улучшить условия для реализации эколого–биосферного земледелия.

6.8. Агроландшафт и его связь с эколого–биосферным земледелием

Особенностью земледелия является то, что оно основано на вовлечении в хозяйственную деятельность значительных территорий. Каждое поле, на котором выращиваются сельскохозяйственные культуры, следует рассматривать не как обособленные единицы, а как часть ландшафта. Под ним понимается однородный участок территории, на котором все его компоненты — рельеф, климат, почва и биота взаимодействуют между собой и образуют единую систему [470]. Важнейшими элементами ландшафта являются выровненность поверхности, гидрологический режим, наличие водных объектов, микроклимат и сообщества живых организмов. Все они взаимосвязаны между собой. Эта связь реализуется через биогеохимические потоки вещества и энергии, которые пронизывают все части ландшафта. Формирование биогеохимических потоков происходит по следующей условной схеме. Солнечная энергия и минеральные вещества, поглощенные растениями, превращаются в органические соединения и поддерживают жизнедеятельность биоты. Она, а также почвенная органика оказывают воздействие на литосферу, вызывая ее биологическое выветривание, поддерживаемое физикохимическими процессами. Продукты выветривания, в соответствии с рельефом местности, с поверхностными и внутрипочвенными потоками воды попадают в водные объекты и аккумулируются там, в тканях водных растений, рыб и других живых организмов. Вещество, попавшее в водоемы, выносится из ландшафта в другие природные объекты либо возвращается в исходную позицию для участия в следующем цикле. Вынос вещества из водного объекта осуществляется живыми организмами, питающимися водной растительностью или рыбой, но живущими на суше. На суше они включаются в трофические цепи, погибают или откладывают экскременты и способствуют тем самым замыканию биогеохимических круговоротов. Постоянство круговорота веществ в ландшафте обусловливает его устойчивость.

Сельскохозяйственное освоение очень сильно воздействует на отдельные элементы ландшафта. И это может быть причиной нарушерщя его устойчивости. Примером такой ситуации служит эвтрофирование водоемов, возникновение эрозии почв, уменьшение объема образования первичной продукции. Для современного земледелия характерны следующие недостатки, которые отрицательно воздействуют на агроландшафт: чрезмерно высокая степень распаханности, видовая ограниченность агрофитоценозов, недостаточное внимание к агролесомелиорации, использование способов обработки почвы, провоцирующих возникновение эрозии, чрезмерное использование средств химизации и игнорирование естественных границ ландшафта [209].

Недооценка воздействия земледелия на агроландшафт может привести к полной потере его хозяйственного значения. Поэтому освоение ландшафта или отдельных его элементов должно осуществляться с максимально возможным сохранением их участия в формировании биогеохимических потоков. С позиций охраны окружающей среды агроландшафты, которые уже занимают около 25% поверхности суши, следует рассматривать как элемент территории, активно участвующий в процессах, происходящих в биосфере. Разрушение ландшафтов или их элементов неизбежно ведет к ухудшению условий жизни человека. Например, важнейшим элементом любого ландшафта является почва. Она выполняет ряд функций. Почва учавствует в формировании гидрологического режима, газового состава атмосферы, оказывает воздействие на литосферу, является средой обитания живых организмов [167]. Все эти функции почв имеют большое значение для формирования биогеохимических потоков в ландшафтах. Если при его освоении они будут нарушены, то можно ожидать соответствующих отрицательных проявлений, которые коснутся не только биоты, но и человека.

В настоящее время делаются попытки оптимизировать использование агроландшафтов [600]. Однако в целом этот вопрос во многом остается неясным и требует глубокого изучения. В целях улучшения организации природопользования в агроландшафте М. И. Лопырев предлагает сельскохозяйственную деятельность привести в соответствие с рядом принципов.

1. Агроландшафт должен быть максимально устойчивым и имитировать функции естественных.

2. Структура агроландшафта должна устанавливаться с учетом закона соответствия фитоценоза своему месту обитания.

3. При создании в агроландшафтах агроэкосистем ведущую роль в повышении их продуктивности следует отводить фитомелиорации.

4. Искусственные агроэкосистемы должны создаваться с учетом необходимости пространственного и видового разнообразия, способствующих их экологической устойчивости и динамическому равновесию. Чем разнообразнее и сложнее структура ландшафта, тем выше его устойчивость, способность противостоять различным внешним воздействиям.

5. При освоении ландшафта следует учитывать микрозональное горизонтальное и вертикальное различия.

Все перечисленные принципы очень хорошо сочетаются с особенностями эколого–биосферного земледелия. В этом отношении оно имеет большое преимущество перед индустриально–технологическим. Основанное на постепенном снижении использования средств химизации, внедрении экологически безопасных способов повышения плодородия почв, поликультуры, плодосменных севооборотов, щадящей обработке почвы и агролесомелиорации, оно, по своей сути, не должно вызывать очень сильных изменений в средообразующих процессах, происходящих в ландшафте. Если они и будут обнаружены, то эколого–биосферное земледелие располагает различными экологически безопасными приемами, использование которых позволит устранить отрицательные последствия.

Первый вопрос, который возникает при оптимизации природопользования в агроландшафте, это допустимая степень его освоения. Однозначного ответа на него нет, так как невозможно найти абсолютно идентичные территории. В приложении к конкретному случаю допустимая степень освоения ландшафта может быть определена только на основе тщательного изучения ее особенностей. По различным оценкам приемлемая степень хозяйственного освоения большого региона, не изменяющая его природных свойств и качеств, составляет около 2/3 его площади. Не менее 1/3 должно остаться в состоянии, близком к естественному [218]. По мнению А. В. Яблокова и С. А. Остроумова, оптимальное соотношение интенсивно преобразованных человеком территорий и слабопреобразованных или вообще нетронутых составляет в зоне южной тайги 50/50, в зоне широколиственных лесов и лесостепи — 65—70/30—35, в степной зоне — 60—80/20—40. Меньшее допустимое освоение северных территорий объясняется их более слабой устойчивостью [606]. По другим данным, максимальная допустимая площадь пашни не должна превышать 25% [472].

Следующий шаг в оптимизации использования ландшафта — это определение допустимых соотношений между территориями, занимаемыми лесами, полями, лугами и пастбищами. Решение этого вопроса зависит от функций, выполняемых отдельными элементами ландшафта. Так, средозащитные свойства леса проявляются при лесистости территории не ниже 30— 35% [367]. Несоблюдение этого положения повлечет за собой изменение гидрологического режима, климата, то есть условий обитания для живых организмов и роста сельскохозяйственных культур. Соотношение земель сельскохозяйственного использования зависит от рельефа, почв, выращиваемых культур, специализации животноводства.

В эколого–биосферном земледелии должен предусматриваться регулярный перевод пашни в пастбища и наоборот. Необходимость этого обусловлена тем, что изменение режима использования почв будет способствовать повышению их плодородия. Этот прием практиковался еще в доиндустриальную эпоху. При правильном пастбищном использовании уменьшается уплотнение почвы, на ее поверхности сохраняется растительность, увеличивается корневая масса, а с экскрементами животных в нее поступает большое количество органического вещества и минеральных элементов.

В определенном порядке должны эксплуатироваться и сенокосные угодья. Необходимо менять режим скашивания трав. В отдельные годы, в соответствии с сенокосооборотом, им следует предоставлять отдых для осеменения, а также переводить их в режим пастбищного использования. Это улучшит условия роста и размножения растений, обеспечение пищевым ресурсом диких животных и будет способствовать повышению устойчивости ландшафта в целом.

Необходимым элементом организации агроландшафта, полностью соответствующим сущности эколого–биосферного земледелия, является сохранение или полное изъятие из хозяйственного использования территорий, эксплуатация которых нецелесообразна ввиду их эколого–ландшафтной неустойчивости или представляющих ценность с точки зрения придания им статуса особо охраняемых территорий.

6.9. Экономические аспекты перехода на эколого–биосферное земледелие

Развитие человеческой цивилизации невозможно без использования ресурсов биосферы. Темпы их освоения для обеспечения мирового хозяйства увеличиваются с каждым годом. В то же время в XX в. к нам пришло осознание того, что они не бесконечны. В недалеком будущем будут выработаны месторождения нефти, газа, каменного угля. Близки к исчерпанию запасы отдельных минералов [251]. В связи с этим в ближайшее время должны быть разработаны оптимальные стратегии использования ресурсов планеты.

В сельском хозяйстве основным ресурсом является почва. Интенсивная эксплуатация пахотных земель, которую мы наблюдаем до настоящего времени, ведет к снижению их плодородия, нарушению их биосферных функций, а значит, и усилению продовольственного кризиса, ухудшению условий жизни на планете [167]. Предотвратить деградацию земель и разрушение окружающей среды на аграрных территориях можно только за счет перевода земледелия на иную стратегию развития. В этой работе сделана попытка раскрыть особенности эколого–биосферного земледелия. Переход к нему, как нам кажется, позволит поддерживать продуктивность пашни на необходимом уровне, при минимальном искажении характера биогеохимических потоков, свойственных ландшафтам, не подвергнутым антропогенному воздействию.

По нашему мнению, предлагаемая концепция развития земледелия является способом реализации в этой отрасли естественных природообразовательных процессов в биосфере. Их разумное использование позволит разрешить главное противоречие индустриального сельского хозяйства. Переход на экологическое земледелие дает возможность органично соединить лесоаграрные ландшафты с природными, не нарушая при этом естественного хода развития биосферы. По существу, эколого–биосферное земледелие следует рассматривать как закономерный этап совершенствования сельского хозяйства, преодоление которого приблизит человечество к ноосфере.

Однако переход на эколого–биосферное земледелие в России затруднен рядом обстоятельств. Во–первых, он затрудняется существующими общеэкономическими проблемами, во–вторых, у сельскохозяйственных предприятий отсутствует реальная заинтересованность в переходе на природоохранные технологии, в-третьих, в России пока еще не сформировался рынок экологически чистых продуктов питания, в-четвертых, полноценный переход на эколого–биосферное земледелие требует некоторых дополнительных затрат, в-пятых, на начальных этапах перехода может произойти небольшое снижение урожайности сельскохозяйст венных культур. Это является одним из основных сдерживающих факторов. Но экономические потери от снижения урожайности могут быть компенсированы более высокой ценой на производимые экологически чистые продукты питания.

Учитывая сложности, которые испытывает современное сельское хозяйство, переход на эколого–биосферное земледелие, очевидно, затянется на длительный период. Однако необходимо приложить усилия для его сокращения. В противном случае окружающей среде будет нанесен значительный ущерб. Ускорить процесс перехода на новые системы можно за счет использования экономических механизмов. Они состоят в создании у сельскохозяйственных предприятий заинтересованности в переходе на природоохранное земледелие. В рыночных условиях такой подход наиболее эффективен.

Экономическое стимулирование может осуществляться посредством принуждения и поощрения. Методы, основанные на принуждении, менее эффективны, так как они в лучшем случае обеспечивают выполнение предъявленных требований, но не создают базу для выявления резервов. Методы поощрения в этом плане более продуктивны. Оба метода не исключают друг друга и могут использоваться параллельно.

С точки зрения предотвращения загрязнения окружающей среды в агроландшафтах и создания экономических предпосылок для перехода на природоохранные формы земледелия необходимо максимально использовать уже существующую систему платежей за природопользование. Она предусматривает платежи за пользование земельными ресурсами, за загрязнение окружающей среды, за нарушение правил и норм природоохранного законодательства и платежи в возмещение вреда, причиненного экологическими правонарушениями. Однако следует отметить, что по отношению к сельскохозяйственным предприятиям принятая система платежей практически не работает. Это обусловлено рядом причин. Во–первых, принято считать, что доля аграрного сектора в загрязнении окружающей среды минимальна. Во-вторых, в сельскохозяйственных районах отсутствуют службы, контролирующие состояние окружающей среды, что, кстати, и объясняет неверные представления о масштабах влияния аграрной сферы на природные объекты. В-третьих, экономический кризис в аграрной сфере имеет более тяжелые последствия, чем в промышленности. Многие сельскохозяйственные предприятия находятся на грани распада. Тем не менее, это не является основанием для непринятия мер по предотвращению загрязнения и разрушения окружающей среды. Очевидно, они должны осуществляться с учетом реального экономического состояния сельскохозяйственных предприятий.

В ряде европейских стран для повышения заинтересованности в переходе на природоохранные формы земледелия устанавливают налоги на применение средств химизации и различного рода финансовые выплаты. Это может использоваться и в России. Я. Я. Яндыганов рекомендует ряд способов стимулирования рационального природопользования. Многие из них в адаптированном варианте должны использоваться и для повышения заинтересованности в переходе на эколого–биосферное земледелие [615, 400].

Наиболее эффективными способами воздействия на природопользователей в аграрной сфере будут:

‐ платежи за загрязнение минеральными удобрениями, ядохимикатами и навозными стоками почв и водных объектов;

‐ платежи за размещение, складирование средств химизации и навоза в неподготовленных для этого местах;

‐ платежи за загрязнение водных объектов смываемой с полей почвой;

‐ платежи за разрушение почв в результате эрозии.

В целях поощрения перехода на эколого–биосферное земледелие, внедрения природоохранных способов обработки почвы или выращивания сельскохозяйственных культур следует применять:

‐ льготные платежи за использование земельных ресурсов;

‐ льготное налогообложение земельной собственности;

‐ разнообразные финансовые компенсации затрат на внедрение природоохранных способов обработки почвы или технологий выращивания сельскохозяйственных культур.

Сельскохозяйственным предприятиям могут быть компенсированы затраты на создание систем навозоудаления, складирования и внесение органических удобрений, включая затраты, необходимые для приобретения необходимой техники; затраты на приобретение техники для использования соломы и сидератов в качестве органических удобрений; затраты на приобретение семян многолетних и однолетних бобовых культур, бактериальных удобрений, усиливающих симбиотическую и ассоциативную азотфиксацию, а также подготовку специалистов для перехода на природоохранные формы земледелия.

Выделение финансовых средств на указанные цели должно осуществляться из целевых земельных фондов, которые должны создаваться в каждом сельскохозяйственном районе. На счета этих фондов следует направлять платежи за использование земельных ресурсов, за загрязнение окружающей среды, вызванное сельскохозяйственной деятельностью, платежи за нарушение природоохранных норм и правил, штрафные платежи, платежи промышленных предприятий, деятельность которых приводит к загрязнению агроландшафтов, средства, передаваемые из региональных фондов охраны окружающей среды и департаментов и министерств сельского хозяйства.

Финансовые средства, накопленные на счетах земельных фондов, следует направлять на внедрение эколого–биосферных систем земледелия или отдельных их элементов, проведение мероприятий по сохранению и повышению плодородия почв, расширение научных работ в направлении совершенствования природоохранных систем земледелия, организацию мониторинга окружающей среды в агроландшафтах, развитие рынка экологически чистых продуктов питания, пропаганду и популяризацию преимуществ экологобиосферных систем земледелия.

Выделение средств из земельных фондов должно осуществляться на основе результатов всестороннего анализа представленных проектов по переходу предприятий на природоохранные системы земледелия. В качестве обоснования для вынесения положительного заключения могут использоваться такие критерии, как уменьшение загрязнения окружающей среды, снижение объемов применения средств химизации, использование экологически безопасных приемов и технологий, производство экологически чистой продукции. Экономическое поощрение может предоставляться на различной основе — в виде кредитов, субсидий, компенсаций, системы налоговых льгот.

Важным элементом экономического механизма стимулирования перехода на эколого–биосферное земледелие должна стать экологическая сертификация сельскохозяйственных продуктов. В этом заинтересованы и ее производители и потребители. Сертификация для производителя — это потенциальная возможность расширения рынка и повышения цены на предлагаемый товар, а для потребителя гарантия того, что продукт является безопасным в экологическом плане. Сертификат, подтверждающий качество продукта, должен выдаваться соответствующими органами, удостоверяющими, что в нем отсутствуют вредные вещества. Для предотвращения обезличивания продукта необходимо использовать соответствующую маркировку. Ответственность за введение сертификации лежит на государственных органах. В некоторых случаях право сертификации, очевидно, можно предоставлять и негосударственным структурам. Однако при этом должны быть соблюдены следующие моменты. Негосударственной сертификацией могут заниматься предприятия, имеющие на это право, подтвержденное специальными документами, располагающие соответствующей материально–технической базой и высококлассными специалистами. За деятельностью таких предприятий должен предусматриваться контроль со стороны государства, а на маркировке необходимо указывать организацию, осуществлявшую сертификацию. Соблюдение этих требований является гарантией правомерности выдачи сертификата.