Что нарушает нормальное функционирование почвы
Деградация земель: причины и последствия
Деградация земель – это процесс, в результате которого ухудшается качество почвы, происходящий из-за таких аспектов, как неправильное землепользование, сельское хозяйство и пастбище, городские или промышленные цели. Процесс связан с ухудшением физического, биологического и химического состояния покрова планеты.
Причины деградации земель
Формы деградации земель: снижение плодородия почвы, неблагоприятные изменения щелочности, кислотности или солености, экстремальное затопление, использование токсичных загрязнителей почвы, эрозия и ухудшение ее структурного состояния. Эти элементы ежегодно способствуют значительному снижению качества земли. Чрезмерная ее деградация, таким образом, приводит к немедленным и долгосрочным воздействиям, которые приводят к серьезным глобальным экологическим проблемам.
В то время как деградация почвы может происходить естественным путем, она сильно подвержена антропогенной деятельности. Кроме того, изменение климата в сочетании с деятельностью человека продолжает усугублять деградацию почвы.
Факторы, вызывающие деградацию земель
Причины деградации земель:
Все указанные выше физические факторы приводят к различным типам эрозии почвы (главным образом, водной и ветровой эрозии) и действиям по отслоению почвы, и их физические силы в конечном итоге изменяют состав и структуру почвы, изнашивая верхний слой почвы, а также органическое вещество. В долгосрочной перспективе физические силы и процессы выветривания приводят к снижению плодородия почвы и неблагоприятным изменениям в составе / структуре почвы.
Кроме того, деградация земель сельскохозяйственного назначения непосредственно связано с чрезмерным и неправильным использованием пестицидов и химических удобрений убивают организмы, которые способствуют связыванию почвы. Большинство методов ведения сельского хозяйства непосредственно касаются применения удобрений и пестицидов. Нередко это сопровождается их неправильным или чрезмерным применением. Результат – уничтожение полезных бактерий и других микроорганизмов, которые помогают в формировании почвы.
Причины деградации земель по вине человека
Другие причины деградации земель:
Сложные формы химических веществ удобрения также ответственны за денатурирование основных минералов почвы, вызывая потери питательных веществ из почвы. Следовательно, неправильное или чрезмерное использование удобрений увеличивает скорость деградации почвы, разрушая биологическую активность почвы и накапливая токсичность из-за неправильного использования удобрений.
Все это приводит в тому, что запускаются необратимые процессы деградации земель, снижение биоразнообразия стимулирует следующий виток деструктивных процессов.
Решение проблемы деградации земель
Снижение качества почвы является одной из основных причин деградации земель и считается причиной 84% постоянно уменьшающихся площадей. Год за годом огромные акры земли теряются из-за эрозии почвы и загрязнения. Около 40% сельскохозяйственных угодий в мире значительно ухудшается по качеству из-за эрозии и использования химических удобрений, которые препятствуют регенерации земли. Снижение качества почвы в результате чрезмерного применения сельскохозяйственных химических удобрений также приводит к загрязнению воды и земли.
Пути решения этой проблемы:
Все эти меры требуют взвешенного и грамотного решения со стороны государственных властей разных государств. Они затронут не только сельское хозяйство, доля которого в развитых странах около 1%, но и строительный, промышленный комплекс, обеспечивающий в значительной степени благосостояние граждан. Поэтому такие решения не вызовут массового одобрения со стороны населения, особенно развитых стран. Но они необходимы, чтобы остановить деградацию земель в глобальном масштабе.
Загрязнение почвы: причины, источники, последствия
Почву можно смело назвать одним из самых ценных природных ресурсов
Человек всегда рассматривал окружающую среду в качестве источника ресурсов. Самым ценным из них, безусловно, является плодородная почва. Без нее нашей цивилизации вообще не было – человек так и остался бы немногочисленным видом охотников и собирателей. Стремясь к большему изобилию, мы постоянно наращиваем производство сельскохозяйственной продукции, истощая почвы. Кроме того, крайне негативно на их состояние действуют и другие антропогенные факторы: промышленные выбросы, мусорные полигоны, добыча полезных ископаемых, транспорт. Именно поэтому проблема загрязнения почвы и ее эрозии – один из самых серьезных вызовов, стоящих сегодня перед человечеством.
Почва – это не просто верхний слой земли. Она представляет собой сложную субстанцию, возникшую за миллионы лет под воздействием естественных физических процессов и влиянием биосферы. Сегодня общая площадь земельных ресурсов составляет 129 млн кв. км, из них в сельскохозяйственном обороте находится примерно 15 млн кв. км. Всего же к пахотной обработке пригодны 25-32 млн кв. км. Пока еще почвенные ресурсы позволяют обеспечивать продуктами питания население планеты, но дальнейшее ухудшение качества почв несет большую угрозу продовольственной безопасности и может привести к катастрофе. Кроме того, загрязнение почв и грунтов представляет серьезную угрозу здоровью человека.
Что такое почва
Почва – это поверхностный слой литосферы, образованный за счет климатических факторов, влияния живых организмов, а также воздействия деятельности человека, которая с каждым годом становится все более заметна. Важнейшей ее особенностью является плодородие – способность удовлетворять потребности растений в микроэлементах, воде и воздухе. Почвенный слой можно назвать связующим звеном между биосферой и другими оболочками планеты: гидросферой, литосферой и атмосферой.
Существуют разные типы почв
Почвенный слой состоит из жидкой, твердой, газообразной и биологической части. Их соотношение отличается в разных почвах. Твердая часть состоит из частичек и обломков горных пород, именно она во многом определяет состав и количество химических элементов в почве. Кроме микроэлементов, в твердую фракцию входят и другие вещества. Это остатки живых организмов, продукты их жизнедеятельности, а также гумусовые соединения, которые образуются в результате сложных природных процессов.
Жидкая часть почвы состоит из воды и различных химических веществ, растворенных в ней. Высокое содержание минеральных веществ приводит к засолению почвы и ее деградации. Газообразная часть или почвенный воздух состоит из множества газов, его состав может сильно отличаться от атмосферы. Биологическая часть почвы состоит из растений и животных и микроорганизмов, которые обитают в ней.
В состав почвы входит несколько слоев. Верхний, пахотный, содержит наибольшее количество гумуса. Под ним расположена подпочва, состоящая из остатков горной породы. Ниже ее находится коренная подстилающая порода.
Структура различных почв отличается, они содержат комочки разной величины и формы. По этому признаку выделяют песчаные, глинистые, суглинистые, супесчаные почвы. Наиболее плодородными считаются черноземы. Такие почвы содержат значительное количество гумуса, что позволяет получать высокие урожаи.
Основные загрязнители грунтов
Причиной загрязнения почв обычно называют хозяйственную деятельность человека, но это не совсем правильно – данный процесс может быть и естественным. Например, извержения вулканов приводят к загрязнению вредными веществами и токсичными элементами огромных территорий. Но это, скорее, исключение из правила – главной причиной деградации почвенного покрова является антропогенный фактор. Согласно существующей классификации, загрязнители грунтов делятся на четыре группы:
К органическим загрязнителям относится нефть и все продукты ее переработки, ядохимикаты, гербициды, фунгициды, фенолы, красители, хлорорганические соединения. В неорганическую группу входят тяжелые металлы (свинец, ртуть), неорганические кислоты и щелочи, минеральные соли (асбест, удобрения). К радиоактивным загрязнителям относятся радионуклиды, серьезные опасения, например, вызывает загрязнения почвы цезием-137. Биологические – это различные виды патогенных грибов, микроорганизмов, водорослей и др.
Загрязнение почв промышленными выбросами
Можно добавить, что загрязнители – не обязательно опасные вещества или яды. Вред способен нанести любой химический агент, концентрация которого превышает естественные нормы. Например, применение минеральных удобрений и пестицидов предназначено для повышения плодородия почвы, но при их чрезмерном использовании происходит отравление и деградация грунтов. Кроме того, химическое загрязнение почв крайне плохо влияет на здоровье человека.
Для каждого потенциального загрязнителя существует предельно допустимая концентрация (ПДК). Считается, что при таком содержании вещество не оказывает вредного воздействия на здоровье животных и человека, не приводит к врожденным заболеваниям. ПДК – это важнейший показатель загрязнения, он утвержден законодательно и является санитарной нормой. Исходя из ПДК, определяются категории загрязнения почвы для определенной территории, а также составляются карты загрязнения почвы и специальные таблицы.
В зависимости от степени влияния на окружающую среду и здоровье человека выделяют пять классов отходов. К первому – наиболее опасному – относят ртуть и ее соединения, цианистый калий, бензапирен, диоксин. Четвертый и пятый класс объединяет малоопасные и неопасные отходы, например, фосфаты или отходы обогащения полезных ископаемых.
Оценка степени загрязнения почв – весьма непростой процесс. Воздействие различных веществ зависит не только от их природы, но и от особенностей почвенного слоя. Кроме того, существующая номенклатура химических соединений настолько обширна, что многие из них требуют дополнительных исследований.
Основные источники загрязнения
Существует несколько путей попадания опасных или нежелательных веществ в почву:
Главными виновниками антропогенного загрязнения литосферы являются:
Любой завод или фабрика производит массу различных отходов. Наиболее опасны выбросы металлургических заводов и химических предприятий, которые загрязняют почвы тяжелыми металлами, цианидами, диоксинами, хлорсодержащими веществами и другими не менее ядовитыми соединениями. Они не только убивают почвы, но и несут серьезную опасность для здоровья и жизни человека.
Отдельное место занимает загрязнение почвы нефтью и нефтепродуктами. Оно происходит и в местах добычи нефти, и на путях ее транспортировки. Учитывая объемы потребления «черного золота», нефтяное загрязнение почвы является одним из самых распространенных. Особенно большой ущерб наносят аварии на промыслах и трубопроводах. Бензин и дизельное топливо – источники вредных выбросов в атмосферу, в состав которых входят соединения азота, свинца, углерода. Все это вместе с осадками возвращается обратно на землю и приводит к загрязнению почв городов. Таким же вредным для окружающей среды является и производство пластмасс.
Сельское хозяйство только на первый взгляд кажется чистой и безопасной для окружающей среды отраслью. Несмотря на отсутствие огромных доменных печей и дымящихся труб, оно является одним из основных источников загрязнения почвы. Главная опасность – чрезмерное использование минеральных удобрений и средств защиты растений. Загрязнение почв пестицидами имеет долговременные последствия. Они накапливаются в грунтах, вызывая гибель множества полезных организмов и ухудшая состояние почвенного покрова. Избыточное применение органических удобрений (навоза, перегноя, помета) может привести к биологическому загрязнению почв. Неконтролируемое распахивание и вырубка лесных массивов вызывает деградацию и опустынивание земель. Сельскохозяйственное загрязнение ежегодно превращает около 6 млн га в пустыни.
Еще большую опасность для земельных ресурсов представляют предприятия коммунальной сферы. Причем по степени вредоносности они превосходят сельское хозяйство, транспорт и даже тяжелую промышленность. Наши города производят миллионы тонн твердых бытовых отходов (ТБО), которые затем превращаются в огромные свалки. Мусорные полигоны отравляют воздух, почву и грунтовые воды – путей решения данной проблемы пока не существует. Сжигание отходов только ухудшает ситуацию. Не слишком эффективна и переработка мусора. Загрязнение почвы бытовыми отходами – одна из самых серьезных проблем, стоящих перед человечеством.
Не лучше обстоят дела с очисткой сточных вод. Вместе с ними в почву попадают болезнетворные бактерии, гельминты, другие патогенные организмы, которые затем через пищу могут оказаться в организме человека. Причем возбудители заболеваний многие годы способны сохранять жизнеспособность в грунте.
АЭС и другие объекты атомной энергетики являются потенциальными источниками радиоактивного загрязнения почвы. Наибольший урон причиняют аварии реакторов или чрезвычайные происшествия в местах хранения ядерных отходов. Почвы, загрязненные искусственными радионуклидами, на тысячи лет выводятся из сельхозоборота.
Огромный вред почвенному покрову наносит горно-добывающая промышленность. Она является одним из основных источников загрязнения почв. Кроме того, добыча полезных ископаемых требует отчуждения громадных территорий под отвалы, карьеры, разрезы. Почвенный слой при этом, как правило, полностью уничтожается.
Чем грозит загрязнение грунтов
Почвенный покров – практически невозобновляемый ресурс, он образуется со скоростью один-два сантиметра в столетие. Наиболее тяжелое последствие загрязнения почвы – снижение урожайности сельхозкультур, что несет значительные экономические издержки. Под действием химических веществ или эрозии состав почвы изменяется так радикально, что становится непригодным для выращивания растений.
И это очень серьезная угроза, учитывая, что и сегодня миллионы людей на планете недоедают. Уже в ближайшие десятилетия загрязнение и истощение почв может привести к дефициту продуктов питания и поставит человечество на грань голода.
Мусорные полигоны являются одним из главных источников загрязнения почвы
Еще одной опасностью загрязнения почв является разрушение биоценозов. Почвенный слой – неотъемлемая часть любой экологической системы. Без него не могут существовать растения, что делает невозможным образование естественных пищевых цепочек. Загрязнение почвы всегда приводит к вымиранию видов и уменьшению биоразнообразия. Почвы смягчают климатические изменения, повышают устойчивость к засухам и наводнениям, способствуют возобновлению водных ресурсов.
Опасные вещества, оказавшись в почве, накапливаются в растениях и, в конце концов, попадают в организм человека, вызывая болезни и уменьшая продолжительность жизни. Состояние почв влияет на качество питьевой воды, потому что верхний слой грунта является своеобразным буфером и фильтром. Однако промышленное загрязнение почв снижает их способность удерживать опасные вещества.
Уже сегодня примерно треть земель, пригодных для ведения сельского хозяйства, сильно или умеренно деградированы. Считается, что к 2050 году на планете будет проживать более 9 миллиардов человек. И если мы не предотвратим дальнейшее истощение почвенного покрова, то их банально не будет чем кормить.
Есть ли свет в конце тоннеля
На протяжении столетий человек бездумно использовал земли, не обращая особого внимания на степень ее деградации. Сегодня мы вынуждены задуматься о борьбе с загрязнением почвы, о ее охране и исправлении последствий технического прогресса.
Проблема уничтожения почвенных ресурсов является сложной и комплексной, поэтому, к сожалению, не имеет простых решений. Ее условно можно разделить на две составляющие: защита почвы от новых загрязнений и восстановление грунтов, особенно пострадавших от хозяйственной деятельности человека.
Для уменьшения сельскохозяйственной деградации грунтов необходимо:
Можно добавить, что постоянно ведутся работы над созданием менее токсичных удобрений и пестицидов. Еще одним направлением работы ученых является выведение более устойчивых и продуктивных сортов растений.
Очистка почвы от нефтяных загрязнений – долгий и дорогой процесс
Против химического и биологического загрязнения эффективны фильтры, отстойники и очистные сооружения, но они не способны полностью устранить проблему. Куда лучшим способом является внедрение новых («зеленых») технологий, кардинально уменьшающих количество отходов. Например, отказ от ископаемого топлива сделает невозможным загрязнение грунтов нефтью и ненужными – огромные угольные карьеры.
Огромной проблемой являются бытовые отходы и сточные воды городов – что делать с ней пока непонятно. Мусорные полигоны производят столько токсичных отходов, что земля на их месте приходит в абсолютную негодность. При их рекультивации грунт просто собирают и захоранивают. Единственный способ борьбы со свалками – уменьшение количества мусора путем его переработки. В развитых странах подобная стратегия уже давно считается нормой: все, что можно использовать вторично, отправляется на переработку. Все громче раздаются голоса о полном запрете пластика, составляющего значительную часть бытового мусора. Куда менее экологичным способом утилизации ТБО считается сжигание.
Способы очистки зависят от характера загрязнения почвы. Земля способна самостоятельно восстановиться, но это требует очень много времени. Существуют методы рекультивации земель, способные вернуть плодородие за сравнительно короткий срок. Например, участок несколько раз подряд засеивается быстрорастущими культурами со значительной зеленой массой. Такие растения неплохо удаляют из почвенного слоя тяжелые металлы и токсичные химические соединения. Эффективна глубокая вспашка, при которой загрязненный слой опускается на глубину около 50 см.
Практически невозможно очистить землю от больших концентраций тяжелых металлов и радионуклидов. В этом случае обычно проводится полная рекультивация участка с удалением верхней части грунта и его захоронением.
Сначала на пострадавшей территории проводят корректировку ландшафта: заравнивают ямы, рвы, траншеи, убирают терриконы, создают гидротехнические сооружения. Затем верхний слой грунта снимается и на подготовленную площадку наносится плодородная почва. Последний этап можно называть «биологическим»: на участке высаживаются растения, улучшающие свойства почвы. Чаще всего для этой цели используются Бобовые, например, клевер.
Клевер и другие растения семейства Бобовых часто используют для биологической рекультивации почвы
Сама постановка вопроса о негативном воздействии человека на окружающую среду, в том числе и на почву, кажется не слишком корректной. Учитывая современное количество населения, мы просто не можем не влиять на почвенный покров. Это нужно принять, как данность и думать над минимизацией ущерба. В первую очередь следует работать над созданием новых технологий, способных уменьшить загрязнение: более совершенных способах очистки сточных вод или переработки мусора. Создание продуктивных сортов растений позволит уменьшить площадь сельскохозяйственных угодий, сохранив луга и леса в их первозданном виде.
Потеря почвенного плодородия: профилактика и лечение
Падение плодородия почв является сегодня одной из главных проблем, от которой зависит будущее развитие не только растениеводства, как отрасли сельского хозяйства, но и существования человечества в целом.
Падение плодородия почв является сегодня одной из главных проблем, от которой зависит будущее развитие не только растениеводства, как отрасли сельского хозяйства, но и существования человечества в целом. Об этой проблеме сегодня говорят много, но зачастую вопросы почвенного плодородия переводят только в плоскость количества применения минеральных удобрений для выращивания сельскохозяйственных культур.
Однако есть вопросы, лежащие на поверхности и связанные с проблемой снижения плодородия почв, решение которых может значительно увеличить объем производства в растениеводстве с одновременным повышением рентабельности.
Переуплотнение почв – фактор снижения плодородия
Серьезной проблемой в современном растениеводстве является переуплотнение почв, от которого страдают и рост растений, и урожайность культур, и почвенное плодородие.
По данным Федерального научного агроинженерного центра ВИМ, переуплотнению в нашей стране сегодня подвержено более 80% сельхозугодий, что приводит к потере более 30% урожаев и доходов сельхозпроизводителей. Недобор урожая от уплотнения почвы ежегодно по РФ составляет до 30 млн тонн, перерасход топлива — до 3 млн тонн.
Современные многооперационные технологии в растениеводстве с применением энергонасыщенной техники, имеющей большую эксплуатационную массу и высокое удельное давление на почву, приводят к ее уплотнению за вегетационный период на площади до 60−80% до уборки и до 98% после уборки урожая.
Переуплотнение — один из наиболее грозных факторов деградации почв. Для того чтобы растения развивались нормально, требуется определенное соотношение между основными частями почвы: твердыми частицами, водой и воздухом. Оптимальной будет такая почва, в которой твердые частицы составляют 50%, вода — 30% и воздух — 20%. Если почва переуплотнена, разрушается структура почвы, нарушается ее влагообеспеченность, изменяется биота почвы.
Машинная деградация почв
В последние десятилетия в специальной литературе появился термин «машинная деградация почв». Он обозначает комплекс вредных последствий, вызываемых колесами, гусеницами и рабочими органами почвообрабатывающих машин.
Уплотняющее действие от колес и гусениц распространяется до 1 м в глубину и до 0,8 м в поперечном направлении и может сохраняться до следующего вегетационного периода. Качество работы при выполнении технологических операций на уплотненных участках по следам сельхозмашин не отвечает агротехническим требованиям. На поверхности поля остаются следы глубиной до 0,12 м, по которым плотность почвы существенно превышает оптимальные значения, не выдерживается заданная глубина обработки культиваторами, до 48% семян зерновых не заделываются на заданную глубину, увеличивается тяговое сопротивление рабочих органов, работающих на уплотненных участках, ухудшается качество уборочных работ.
Всю сельхозтехнику, которая сегодня применяется в растениеводстве, можно представить как систему, состоящую из двух частей:
1) орудия для обработки почвы и растений:
2) трактор — «тягач», который перемещает орудия.
Главная функция системы «тягач + орудие» — обрабатывать почву и растения в соответствии с заданной технологией выращивания сельхозкультур.
В последние годы производители сельхозтехники, исходя из стремления повысить производительность техники, увеличивают ширину захвата посевной техники. Но при этом растет вредное уплотняющее действие трактора и колес орудий на почву. Получается некий замкнутый круг: чтобы трактор мог тянуть широкозахватную сеялку, он должен быть мощным и иметь хорошее сцепление с почвой, но мощный «тягач» больше весит, а значит, сильнее разрушает и уплотняет почву.
Выходит, что для того, чтобы эффективно работать и при этом не уплотнять почву, «идеальный трактор» должен быть одновременно и мощным, и легким. Но, по мнению экспертов, на сегодняшний день эта задача невыполнима. Кроме этого, в последние годы наблюдается тенденция к утяжелению техники для сбора урожая. Получается, что чем тяжелее становятся тягачи, тем больше должны быть орудия для обработки почвы. Получается, что более 80% энергии в земледелии тратится на то, чтобы с помощью одних машин возместить ущерб, нанесенный другими машинами.
Гигантские машины расплющивают и прессуют пахотный слой почвы, который обычно наполовину состоит из воздушных полостей. И тогда глубоко в почве образуется недоступный ни для какого плуга уплотненный слой, который мешает росту корней, вентиляции и проникновению влаги, значительно снижая почвенное плодородие.
Уплотнение вредит почве и на биологическом уровне. Еще Чарльз Дарвин мечтал о «возделывании земли посредством жизнедеятельности червей», которые не только постоянно перепахивают, но и удобряют почву несколькими тоннами отходов на гектар в год. Согласно результатам исследования почвоведа-зоолога Стефана Шрадера из Брауншвейга (Германия), из-за уплотнения «количество мелких червей — это около 6 тысяч на квадратный метр — после воздействия тяжелых машин уменьшается вдвое».
Разуплотнение почв в традиционном земледелии
Образование плужной подошвы — бич системы земледелия, где используется механическая обработка почвы. В прежние годы, когда использовались для пахоты гусеничные трактора, уплотненный слой мог быть незначительным, и его наличие часто контролировалось изменением глубины вспашки. Применение тяжелых тракторов, особенно на пахоте, привело к появлению массивного уплотненного горизонта, обычно ниже уровня обработки до 45−55 см глубины. Обычно эти почвы начинают плохо функционировать. Они накапливают мало влаги атмосферных осадков, которые не аккумулируются в достаточной мере в метровом слое почвы, а интенсивно испаряются с переувлажненной поверхности или скатываются по рельефу, являясь причиной водной эрозии.
Для контроля уплотнения используют различные прицепные орудия. Начиная от лап-почвоуглубителей на комбинированных агрегатах для обработки почвы (обычно на глубину до 35 см) и чизеля, до щелерезов и плугов параплау импортного или отечественного производства. Глубина обработки здесь ставится, согласно произведенным измерениям, индивидуально для каждого конкретного поля или земельного массива. Есть условный коэффициент — 0,5 л дизельного топлива на 1 см углубления. Цена агроприема — от 1,5 до 2,5 тыс. рублей на гектар в зависимости от цены агрегата и уровня разуплотнения. Применение щелерезов более бюджетно — 0,5−1 тыс. рублей, хотя должного качества работы они могут не дать. Само выполнение процедуры разуплотнения тяжелым финансовым бременем ложится на сельхозпроизводителя. Часто положительного влияния процедуры разуплотнения на урожай фермеры не понимают, предпочитая работать на уплотненных почвах, иметь недополученную прибыль, а в случае засухи иметь большие потери от недобора урожая. И мало кто из них осознает, что все претензии должны быть адресованы к производителям тяжелых колесных тракторов, и к тем, кто допускает их работу на узкой резине, особенно для почвообработки на наших полях.
Технологические методы профилактики уплотнения почв
Есть мнение, что решить проблему уплотнения почвы можно, если снизить среднее удельное давление колес на почву до 0,15 кг/см2. Пока что сделать это, не используя шины большого размера, не удается. Однако, радикального сокращения площади следов от машин до 14% от площади обрабатываемого поля позволила добиться технология управляемого движения по полям (Controlled Traffic Farming — CTF), которая сокращает уплотнение почвы до минимума благодаря постоянной технологической колее и позволяет повысить экономическую эффективность использования полевого транспорта. К сожалению, в нашей стране широкого распространения эта система пока не получила. Хотя в Австралии повсеместное применение этой системы в значительной степени решило проблему потерь урожая от уплотнения почв в регионах с низким количеством осадков, и внедрение этого опыта было бы очень ценным для наших аграриев, работающих в условиях сухих степей. Рассмотрим, как эта система выглядит на практике.
Земледелие с использованием «постоянной технологической колеи», или, как его называют зарубежные исследователи, «управляемое движение по полям» — это отделение зон движения от зон возделывания растений. Все транспортные средства, оснащенные системами управления GPS, передвигаются по полю по постоянной технологической колее с взаимно согласованной шириной захвата. На практике это означает, что одни и те же колесные колеи используются для обработки почвы, посадки растений, опрыскивания и уборки.
За пределами следа машины не ездят. Благодаря этому, в зависимости от ширины захвата, как минимум на 2/3 площади создаются условия для устойчивого улучшения структуры почвы. Стратегия проезда по полю учитывает тот факт, что 80% повреждений почвы за счет уплотнений возникает при первом проезде. Потому важно, чтобы проезд техники происходил по минимальной площади. При этом колеса всех тракторов и машин установлены на одну и ту же ширину колеи.
У большинства фермеров, которые не используют движение техники по постоянным колеям, ширины колей машин разные, и двигаются они по полю в разных направлениях, что приводит к покрытию следами колес более 80% площади поля.
В Германии еще в 1980-е годы провели масштабное многолетнее исследование, в рамках которого сравнивалась площадь покрытия поля следами колес от машин при переходе от традиционной технологии обработки поля к технологии без вспашки (no-till) и затем к использованию постоянной технологической колеи. Сравнение основано на трехметровой ширине колеи машин. Ширины захвата уборочного комбайна, опрыскивателя и культиватора кратны трем метрам и в данном случае составляют 9 метров. Возможно использование и большего оборудования, например, 15-метрового опрыскивателя.
В качестве радикального шага в профилактике уплотнения почв можно рассматривать технологию прямого посева (систему no-till), так как она предполагает сокращение числа агротехнических операций, а следовательно, требуется меньше проходов техники по полям, что сокращает площадь следов машин на поле до 46%.
Для начала несколько фактов: в РФ ежегодно теряется до 1,5 млрд тонн плодородного слоя почвы, по данным МСХ РФ, плодородие почв за последние десятилетия упало почти вдвое, более 50% урожая формируется за счет накопленного столетиями потенциала плодородия почв, следствием чего является их истощение и деградация.
Усугубляет положение и почвоутомление, которое наблюдается после нескольких лет возделывания одного и того же растения (монокультуры) без внесения необходимых питательных веществ, при отсутствии в севообороте многолетних трав и сидеральных культур, в ходе безграмотного использования химических удобрений, пестицидов, интенсивных типов механических обработок почвы.
Плодородие почвы — способность почвы удовлетворять потребность растений в элементах питания, влаге и воздухе, а также обеспечивать условия для их нормальной жизнедеятельности (ГОСТ 27 593−88)
В последнее время на различных уровнях много говорится о проблеме почвенного плодородия, при этом нет единого понимания, что такое почва вообще и какие процессы в ней происходят.
Для многих, особенно это характерно для чиновников отраслевых министерств и ведомств, почва представляется в виде некоего абстрактного ресурса, обеспечивающего потребности в продукции — своего рода «вечная корова», бесперебойно дающая молоко, не подверженная болезням и угрозе неожиданно околеть. Но даже «вечную корову» нужно хоть иногда кормить, поэтому в случае, если почва теряет свои свойства, нужно вносить больше минеральных удобрений, которые, как уже доказано учеными, не имеют прямого влияния на плодородие почвы. В системе современных научных представлений, как разъясняет заведующий кафедрой почвоведения Ставропольского Государственного аграрного университета, профессор Валерий Цховребов, применение минеральных удобрений повышает урожайность сельскохозяйственных растений и одновременно снижает плодородие почв. Однако господствующей парадигмой у нас является та, которая у нас существует еще с советских времен, с 60-х годов прошлого века.
Когда структура почвы нарушена, почва переуплотнена из-за применения устаревших технологий и тяжелой техники и не способна к самовосстановлению, ее плодородие падает. Здесь рекомендации чиновников применять минеральные удобрения «для восстановления плодородия» чем-то напоминают советы по лечению сифилиса прикладыванием подорожника.
В природе и в системах земледелия, построенных на применении природоподобных технологий, функцию рыхления осуществляет почвенная биота, в частности, дождевые черви. В системе интенсивного земледелия роль почвенной биоты сведена к минимуму. В итоге в результате многолетней настойчивой минерализации активного гумуса при интенсивном возделывании сельскохозяйственных культур живая биомасса почв уменьшилась с 15−30 до 2−3 тонн на гектар, а вместе с этим, как это ни покажется парадоксальным, уменьшался коэффициент отдачи минеральных удобрений.
По сути, все эти годы, занимаясь «повышением плодородия почв», мы его неизбежно уничтожали, и продолжаем уничтожать. Мы его уничтожаем, применяя интенсивные технологии, интенсивную обработку, химические удобрения и пестициды. Казалось бы, все эти вещи, взятые сами по себе, ведут к повышению урожайности. Однако повышение урожайности странным образом сочетается с прогрессирующим с каждым годом снижением качества продукции, фиксируемым микробиологами усилением деградации агроценозов, катастрофическим накоплением патогенов в почве. Все эти деструктивные проявления — следствие снижения плодородия почв и потери почвой своих биостабилизирующих функций. Состояние российских почв необходимо квалифицировать как катастрофическое и как угрозу национальной безопасности.
Интересное и, как нам кажется, максимально верное понимание плодородия почв предложил профессор кафедры почвоведения Санкт-Петербургского госуниверситета Александр Попов, который связал его с процессами кругооборота питательных веществ в почве, симбиозом высших растений и микроорганизмов почвы, а также взаимоотношением последних друг с другом.
На фоне резкого падения рентабельности в растениеводстве закономерно возникает вопрос о повышении роли учета и использования естественных природных механизмов в современном растениеводстве. И нам сегодня важно запустить этот механизм круговорота питательных веществ в экологической системе «растения — почва», чтобы он работал правильно. Для этого необходима смена агрохимической, механизированной концепции земледелия на более щадящую агробиологическую, построенную на современных научных представлениях. Это значит, что нужно как можно меньше мешать и, по возможности, помогать почвенным организмам работать над повышением плодородия почвы. Эта система начинает медленно внедряться на пространстве СНГ. В ряде стран, Бразилии и Аргентине которые являются крупнейшими экспортерами продовольствия, эта система является доминирующей.
Для этого глубокая отвальная вспашка должна быть заменена минимальной обработкой земли без оборота пласта (в США не пашут уже с 60-х гг. ХХ века), а где только возможно — необходимо совершить переход к прямому посеву, известному также под названием no-till (Северная Америка), zero-till (Австралия) — по сути, являющемуся системой мульчированного посева, когда верхний слой почвы покрыт слоем растительных остатков. Однако, переход к прямому посеву на почвах с деградированными биологическими процессами затруднен и обычно требует продолжительного (до четырех лет и более) переходного периода, применения специальных орудий — разуплотнителей почвы без оборота пласта, высева покровных или сидеральных культур для накопления органического вещества в почве и закрепления механического эффекта разрыхления действием стержневой корневой системы сидеральных культур.
Что нам мешает
Массовому внедрению природоподобных технологий в отечественном сельском хозяйстве мешает отсутствие в понятийном аппарате российских аграриев и ученых понятия «здоровье почвы» (soil health). Этот термин с 2000 года широко применяется на Западе как в теории, так и в практике. Сегодня можно категорически утверждать, что внедрение системы прямого посева возможно только при восстановлении здоровья почвы.
В течение переходного периода к системе прямого посева может потребоваться проведение однократного или многократного глубокого рыхления почвы. Эта операция помогает «запуску» биологических процессов в почве. Целесообразность и кратность применения данного агроприема определяется исключительно реальной ситуацией на конкретном поле, в зависимости от того, запустился или нет механизм естественного рыхления.
Внедрение природоподобных технологий требует трансформации прежней системы представлений. Необходимо понять, что для получения не просто высоких, а высокорентабельных урожаев нужно не просто правильно вносить минеральные удобрения в почву, а научиться кормить живущих в ней бесчисленных обитателей. Для этого нужно понимать их функции, их потребности и взаимосвязи в сообществах. А для начала было бы хорошо осознать факт, что микробы почвы во много раз по биомассе превосходят человечество и весь скот, вместе взятых, и нужно понимать, какой «армии союзников» мы себя лишаем, уничтожая живую составляющую почвы. Нам надо научиться создавать условия для работы почвенных организмов, которые способны обеспечить почву и растения всем необходимым с наименьшим применением химических препаратов.
При этом, сообщество корней и биоты обеспечивает биологическое рыхление почвы, способное заменить механическое рыхление и бороться с уплотнением. Вследствие этого в системе зeмлепользования прямого посева важнейшим фактором является восстановление биологической активности почвы. Ключевым моментом внедрения этой системы на начальном этапе является необходимость запустить биологический процесс восстановления и саморыхления. Мы должны понимать, что, отказываясь от механического воздействия на почву, мы должны запустить систему биологического рыхления.
Поскольку переход к прямому посеву начинается, как правило, на поврежденных, «больных» почвах, важно организовать правильное прохождение восстановительного, переходного периода. Без знаний микробиологии он может длиться до восьми лет, а при использовании сложных микробиологических препаратов он может быть сокращен до трех-четырех лет.
Назначение всех этих элементов одно — запустить биологические процессы в почве, что позволит нам не только иметь здоровую почву, но и создать задел для улучшения экологической обстановки и повышения качества жизни как нынешнего, так и будущих поколений, и, возможно, в целом изменить подходы к хозяйственной деятельности человека.
При этом, используя все эти инструменты для повышения почвенного плодородия не стоит забывать о пагубном машинном воздействии на почву. Так, использование тяжелых отечественных тракторов на полях страны без специальных шин и колес, снижающих давление на почву до принятого стандарта, должно быть запрещено законодательно. Должна быть введена система госконтроля и наказаний за бесконтрольное применение тяжелой сельскохозяйственной техники в контексте ее влияния на снижение и разрушение почвенного плодородия.