Оценка богатства и плодородия почвы по химическому составу
Под богатством почвы подразумевается общее количество в ней основных элементов питания растений. Однако лишь незначительная часть этого запаса бывает доступна растениям. Способность почвы обеспечивать в той или иной степени растения усвояемыми соединениями определяет плодородие почвы. Но сводить понятие плодородия только к обеспечению растений элементами питания было бы неправильно. Это понятие включает в себя также способность почвы обеспечивать растения влагой. Степень же плодородия измеряется высотой урожая. В настоящем разделе мы рассматриваем плодородие почвы в узком смысле — как способность обеспечивать культурные растения только питанием.
Еще К. Маркс указывал на необходимость различить естественное и искусственное плодородие.
Естественное плодородие создается природой. В зависимости от различий в условиях почвообразования (климат, материнские породы, рельеф, растительность, стадии почвообразования) образуются почвы, отличающиеся по общим запасам и по количеству доступных элементов питания.
Однако по мере развития научных знаний, развития техники, с изменением экономического строя общества все большую роль приобретает искусственное плодородие, т. е. плодородие, создаваемое человеком.
В социалистическом обществе имеются неограниченные возможности повышения искусственного плодородия почвы, особенно в настоящее время, когда наша страна вступила в период развернутого строительства коммунизма. Усовершенствование обработки почвы, введение правильных севооборотов, широкое применение органических и минеральных удобрений, лесонасаждение, обводнение и орошение — все эти мероприятия получат большое развитие в 1959—1965 гг. В рассматриваемой зоне в повышении плодородия особенно велика роль правильной системы обработки почвы. В связи с этим представляет особое значение оценка плодородия ее пахотного и подпахотного слоев.
В снабжении растений питанием какое-то участие принимают не только пахотный, но и более глубокие горизонты почвы. Однако о степени этого участия прямых исследований до сего времени не имеется.
Косвенными же показателями в известной степени являются данные об общих запасах гумуса, азота, фосфора, калия и других элементов питания и в первую очередь о подвижных формах их в различных горизонтах почвы. Более точное, хотя также не вполне правильное, представление по этому вопросу дают вегетационные опыты с выращиванием растений на различных горизонтах почвы. Еще больше приближаются к истине исследования плодородия горизонтов в естественных полевых условиях с посевом различных культур на «искусственных почвах», созданных путем набивки в траншеи соответствующей глубины исследуемых горизонтов почвы или путем снятия верхнего ее слоя.
Наиболее существенную роль в снабжении растений питанием, наряду с пахотным слоем, несомненно, играет подстилающий его подпахотный. В связи с обработкой почвы прежде всего возникает вопрос, как могут измениться условия питания растений при изменении глубины ее вспашки? Не можем ли мы, выворачивая на поверхность подпахотный слой, ухудшить условия питания? Ведь можно с уверенностью сказать, что если на подзолистой почве маломощный, но плодородный гумусовый слой перенесен вниз, а наверх вынесен в чистом виде значительный слой малоплодородного подзолистого горизонта, то условия жизни растений ухудшатся. Нет ли аналогичных явлений у черноземных и каштановых почв?
Как показывают многочисленные исследования, у тучных, мощных и выщелоченных черноземов по содержанию гумуса, азота, фосфора и калия нет заметных различий в слое до 40 см. Поэтому и вспашка этих почв с оборотом пласта до указанной глубины вполне возможна. Не следует также опасаться ухудшения физических свойств почвы, так как у этих почв структура лучше всего выражена в подпахотном слое.
Что касается обыкновенных черноземов, то и здесь возможны случаи вспашки до 40 см без опасности уменьшения общего запаса питания в верхнем слое и ухудшения его физических свойств. Однако оптимум глубины вспашки с оборотом пласта здесь чаще находится в пределах до 35 см, так как глубже наблюдается уже более заметное нападение содержания гумуса и азота.
На южных черноземах и темно-каштановых почвах оптимум глубины вспашки с оборотом пласта с точки зрения валовых запасов питания колеблется в пределах 30—35 см. Дальнейшее углубление будет сопровождаться выносом на поверхность слоя, более бедного валовыми запасами питательных веществ.
На светло-каштановых почвах вследствие малого содержания гумуса в верхнем слое и резкого уменьшения его с глубиной вынос наверх подпахотного слоя (глубже 20 см) может существенно снизить общие и тем более доступные запасы нищи в верхнем слое. Поэтому оптимум глубины вспашки с оборотом пласта будет находиться здесь в пределах 20—25 см.
Разумеется, указанные соображения относятся к типичным условиям почвообразования, когда почвы имеют нормальной мощности гумусовый горизонт, залегают на мягких породах (а не на щебне), расположены в условиях равнинного рельефа, не смыты, не подпитываются грунтовыми водами и т. д.
Однако валовые запасы питательных веществ в различных почвах по горизонтам являются лишь ориентировочным критерием для решения вопроса о возможной степени углубления пахотного слоя. Эта степень может изменяться от подвижности питательных веществ, от способов глубокой вспашки (без оборота пласта — по методу Т. С. Мальцева, с перемещением и частичным перемешиванием слоев — вспашка плутом с предплужником, плантажным плугом, с различным послойным перемещением), от времени проведения ее (в зяби под яровые или в пару под озимые и яровые).
В связи с этим уместно напомнить высказывания К. Маркса, который писал: «…два земельных участка с одинаковым химическим составом почвы и в этом смысле одинакового естественного плодородия могут быть различны по своему действительному эффективному плодородию в зависимости от того, находятся ли эти питательные вещества в форме, в которой они лучше или хуже усваиваются, более или менее непосредственно пригодны для питания растений» («Капитал», т. III, стр. 664, 1951).
Химические методы определения доступных соединений питательных веществ в почве носят условный характер. Они не являются показателем степени обеспеченности растений питанием, так как ни один метод не дает представления о количестве фактически усваиваемых растениями веществ.
Однако для сравнительной характеристики различных почв, а в одной почве различных горизонтов, химические методы могут иметь существенное значение.
Анализы показывают, что наиболее высокой подвижностью азота и фосфора выделяются южные черноземы, а также каштановые почвы. Черноземы тучные, выщелоченные и обыкновенные, несмотря на большой запас общего азота, имеют значительно меньше подвижных форм его. Что касается калия, то здесь закономерной связи с подтипами почв не выявляется; по-видимому, степень подвижности его соединений в большей мере определяется составом материнских пород.
В подпахотном слое абсолютное количество гидролизуемого азота в большинстве случаев уменьшается весьма незначительно. Преимущество южных черноземных и каштановых почв сохраняется и в этом случае.
Подвижность фосфора в подпахотном слое, как правило, значительно ниже, чем в пахотном. Наиболее резкое падение подвижности отмечается на каштановых почвах и тучных черноземах.
Калий в подпахотном слое обычно находится в менее подвижных формах, исключение составляют лишь светло-каштановые почвы.
Оценка плодородия различных горизонтов почвы вегетационным методом
Исследования плодородия пахотного и подпахотного слоев вегетационным методом согласованно показали, что урожайность культур на подпахотных горизонтах, как правило, снижается. Это могло приводить к выводу о нецелесообразности углубления пахотного слоя. Однако переносить выводы, полученные на основе вегетационных опытов, в полевые условия необходимо с большой осторожностью, так как опыты проводятся с отдельно взятыми горизонтами, а не смесями их, как это имеет место при вспашке с оборотом пласта. К тому же почва подпахотных горизонтов для вегетационных опытов обычно берется свежая, не подвергшаяся активному воздействию физического выветривания и микробиологических процессов; при глубокой же вспашке и выносе подпахотного слоя наверх он под воздействием указанных факторов претерпевает существенные изменения. Тем не менее вегетационные опыты показали значительную разницу в падении плодородия подпахотного слоя у различных почв. Наиболее резкое его снижение имеет место у тучных, выщелоченных и обыкновенных черноземов, где урожай зерновых культур на подпахотном слое составляет 20—45% от урожая на пахотном.
Довольно высокой производительностью подпахотного слоя для ряда культур характеризуются предкавказские черноземы. Урожай льна здесь достигает 90, ржи — 49, сахарной свеклы — 60, пшеницы озимой —76% от урожая на пахотном слое; в то же время кукуруза и подсолнечник проявляют высокую чувствительность к подпахотному слою, снижая урожай до 18—31%.
Особо высокой производительностью подпахотного слоя отличаются южные черноземы. Опыты, произведенные разными исследователями на южных черноземах и Институтом сельского хозяйства Юго-Востока, дали согласованные результаты: урожай по подпахотному слою составил 93—103% от урожая на пахотном.
Это обстоятельство заслуживает особого внимания, поэтому крайне желательно было бы его проверить на большем количестве пунктов.
Производительность подпахотного слоя у темно-каштановых почв также довольно высока — она не опускается ниже 44% от пахотного. Следует особо отметить наши двухлетние данные по Краснокутской станции, где в среднем за два года урожай пшеницы по слою 20—35 см составил 87 % от пахотного и даже по более глубокому горизонту (35—50 см) он достигал 56%.
Разные культуры неодинаково относятся к подпахотному слою. Например, гречиха (Плотянская станция и Краснодар), эспарцет (Плотянская станция), лен (Краснодар) оказываются мало чувствительными к подпахотному слою, и, наоборот, люцерна, кукуруза, подсолнечник — весьма чувствительны.
Сопоставляя результаты определения доступных соединений азота, фосфора и калия с данными вегетационных опытов, можно видеть, что между ними намечается определенное совпадение. Как по подвижности питательных веществ, так и по относительному урожаю на пахотном и подпахотном слое исследуемые почвы располагаются в одном и том же нисходящем порядке: южные черноземы, темно-каштановые почвы, обыкновенные, выщелоченные, тучные черноземы.
Пониженное плодородие подпахотного слоя объясняется малой доступностью питательных веществ (азота и фосфора), наличием токсических соединений (В. Р. Вильямс), недостатком микроэлементов (А. Н. Соколовский), а в случае каштановых почв — и повышенной щелочностью (С. А. Захаров). Первое предположение подтверждается приведенными выше данными, а также наблюдениями над накоплением нитратов и доступной фосфорной кислоты в полевых условиях.
Исследования показали, что на тучных, мощных, выщелоченных, обыкновенных черноземах и на каштановой почве в подпахотном слое накапливается меньше усвояемых соединений азота и фосфора. И только на южном черноземе мобилизация подвижных питательных веществ в обоих слоях одинакова, чем, видимо, и объясняется отсутствие падения урожая по подпахотному слою, отмеченное выше.
Вегетационные опыты на фоне удобрений, проведенные на Безенчукской, Плотянской, Ивановской, Каменно-Степной и Шатиловской опытных станциях, также в известной мере подтверждают, что основная причина пониженного плодородия подпахотного слоя связана с недостатком усвояемых питательных веществ.
В отношении роли отдельных элементов в повышении плодородия подпахотного слоя большинство исследователей подчеркивают чаще всего решающее значение фосфора, иногда азота. В исключительных случаях причиной низкого плодородия подпахотного слоя является и недостаток усвояемого калия.
При посеве по свежеобнаженному подпахотному слою иногда наблюдается изреживание всходов (Кузнецкая опытная станция), что заставляет предполагать наличие в нем определенных токсических веществ. Однако это относится лишь к выщелоченному чернозему. В наших опытах на обыкновенных черноземах и каштановых почвах такого явления не наблюдалось.
При заблаговременной подготовке почвы отрицательное действие токсических веществ исключается и на выщелоченных черноземах, что было доказано той же Кузнецкой станцией в полевых опытах с углублением вспашки до 40 см.
А. Н. Соколовский в 1941 г. на Всесоюзном совещании по углублению пахотного слоя указал на недостаток микроэлементов в подпахотном слое, как на одну из возможных причин его пониженной производительности.
В опытах С. Н. Тайчинова (Башкирский сельскохозяйственный институт) на выщелоченном черноземе это предположение нашло известное подтверждение. При выращивании яровой пшеницы на фоне нормального сложения почвы внесение микроудобрений (бор, цинк, марганец) повысило урожай на 9%, а при снятии пахотного слоя (0—20 см) — на 64%. Следовательно, в известных случаях недостаток микроэлементов может, по-видимому, являться одной из причин пониженного плодородия подпахотного слоя.
Оценка плодородия различных горизонтов почвы полевым методом
Наряду с вегетационным методом было несколько попыток подойти к оценке плодородия подпахотного слоя в полевых условиях.
На Плотянской опытной станции испытывался посев различных культур на делянках с естественным залеганием почвенных горизонтов и со снятием верхних 18 см почвы. Снятие верхнего слоя производилось рано весной, после чего делянки вспахивались на 14 см, бороновались и засевались.
При посеве на подпахотном слое урожай зерна (в процентах) составил: яровой пшеницы — 35, овса — 47, льна — 42, гороха — 42, сена люцерны — 34, эспарцета — 49, клевера — 40, корней сахарной свеклы — 37, клубней картофеля — 67 от урожая при посеве по нормальной почве.
Однако снижение урожайности по подпахотному слою нельзя объяснить только пониженным плодородием его. Оно явилось следствием общего уменьшения гумусового горизонта.
Методически более правильно решала этот вопрос Кузнецкая опытная станция. Плодородие выщелоченного чернозема различных горизонтов здесь изучалось следующим образом: вырывались траншеи глубиной 54 см, одна из них заполнялась слоем почвы с глубины 0—18 см, другая — с глубины 18—36 см; выемка земли и заполнение ею траншей производились весной перед посевом.
Урожай по траншее, заполненной слоем 18—36 см, составил у овса 61%, у конопли — 42, у гречихи — 93, у гороха — 94, у фасоли — 47% от урожая, полученного по траншее, заполненной пахотным слоем. Наиболее резкое снижение урожая по подпахотному горизонту наблюдается у конопли — культуры, особо требовательной к питательным веществам.
Гречиха и горох, наоборот, очень слабо снижают урожай. Следует отметить, что по одним и тем же культурам — овсу и гороху — в данном опыте имеется значительно меньшее падение урожая, нежели на Плотянской опытной станции. Это объясняется тем, что здесь созданы правильные условия для сравнения плодородия различных горизонтов почвы. Следует, однако, учесть, что и данный опыт не лишен погрешностей: набивка траншей почвой производилась непосредственно перед посевом, а следовало бы это делать осенью; тогда вынесенный на поверхность подпахотный слой подвергался бы воздействию атмосферных факторов (проветривание, прогревание, просушивание, окисление, промывание), в нем бы усиливались микробиологические процессы и его плодородие еще более повысилось.
В последнее время подобные исследования проводились С. Н. Тайчиновым на выщелоченных черноземах Башкирской АССР. В отличие от Плотянской и Кузнецкой опытных станций, где обнажение подпахотного слоя производилось незадолго до посева, в работах Тайчинова применялось осеннее снятие подпахотного слоя с последующей осенней же вспашкой. В среднем за три года им был получен следующий урожай яровой пшеницы: по пахотному слою 0—20 см — 10,77 ц/га (100%), по подпахотному слою 20—40 см — 6,03 ц/га (56%).
Падение урожайности на подпахотном слое при заблаговременном его обнажении ослабляется.
Все опыты в полевых условиях показывают более высокую производительность подпахотного слоя черноземных почв, чем это было условлено вегетационными опытами.
Наши исследования производительности подпахотного слоя в полевых условиях проводились на каштановых почвах в учебно-опытном хозяйстве Саратовского сельскохозяйственного института при орошении и на Краснокутской селекционной станции без орошения.
В учебно-опытном хозяйстве, института (расположен в Терновском районе Саратовской области) основным подтипом почвы являются темно-каштановая солонцеватая. Мощность горизонта А — от 15 до 23 см, содержание гумуса 4—4,5%, мощность горизонта В —17 см, содержание гумуса 3—3,5%.
В ящики высотой 70 см, шириной 60 см и толщиной 8 см набивалась почва с естественным расположением горизонтов: в один — из слоя 0—70 см, в другой — из слоя 20—90 см. Ящики устанавливались в траншею соответствующей глубины с интервалом в 20 см, после чего траншея закапывалась. В течение вегетационного периода почва периодически поливалась одинаковым количеством воды.
Урожай общей массы растений на почве из слоя 0—70 см составил 46,850 г (100%), на почве из слоя 20-90 см — 42,135 г. (81%).
В полевых условиях на зяби, вспаханной осенью 1951 г. на 22 см, весной 1952 г. был заложен мелкоделяночный опыт. В одном варианте посев яровой пшеницы проводился по нормальному пахотному слою, в другом слой 0—20 см удалялся, в третьем выкапывалась траншея на глубину 40 см и заполнялась слоем 0—20 см, в четвертом такая же траншея заполнялась слоем 20—40 см. В течение вегетационного периода было три полива.
Снижение урожайности при удалении пахотного слоя составило всего лишь 26%. При удвоении подпахотного слоя это снижение составило только 15 %. Если же урожай по удвоенному пахотному слою принять за 100%, то по удвоенному подпахотному слою он составит 71%.
На темно-каштановой почве Энгельсской опытно-мелиоративной станции при планировке полей перед посевом были получены следующие урожаи культур в условиях орошения: при срезании верхнего слоя на 20—25 см яровой пшеницы 62%, проса 68%, люцерны с житняком 65% от урожая на нормальной почве. Срезание верхнего слоя в 30 см сопровождалось уже более резким снижением урожая: пшеница, сорго, суданка дали всего лишь 18—22% от урожая на нормальной почве. Бобовые культуры при инокуляции нитрагином и в этом случае оказались менее чувствительными (урожай гороха составил 54%, чечевицы тарелочной — 80%, донника желтого — 88 % от урожая на нормальной почве).
В опытах Безенчукской опытной станции на террасовом средне-суглинистом черноземе (гумус в слое 0—18 см составляет 5,04%, в слое 18—38 см он составляет 4,4%) при снятии перед посевом верхнего горизонта в 20 см урожай проса (1935 г.) при орошении составил всего лишь 29%, а на второй год (1936) пшеницы 37% от урожая на нормальной почве. На мощном черноземе (в слое 0—10 см гумуса 10%, в слое 20—30 см — 10,3 %) урожай проса (1936 г.) в тех же условиях составил 49%.
Таким образом, полевые опыты при орошении, как и вегетационные, подтверждают относительно более высокую производительность подпахотного слоя у каштановых почв по сравнению с черноземными.
Аналогичные исследования проводились и на Краснокутской селекционной станции в 1955 и 1956 гг. Почвы станции — каштановые, содержание гумуса в слое 0—25 см 3—3,5%, в слое 25—35 см 2,3—2,6%.
Опыт закладывался на чистом пару, вспаханном летом 1954 г. Осенью 1954 г. на одной делянке почва перекапывалась на 20—22 см, на второй был снят верхний слой на глубину 20 см, а обнаженный подпахотный слой вскопан на 20—22 см. Варианты были заложены в двух повторностях. Весной 1955 г. по ширине каждой делянки (1 м) произвели посев пшеницы твердой Мелянопус 69 и пшеницы мягкой Альборубрум 2696 по шесть рядков, горчицы Неосыпающейся, кукурузы, люцерны и эспарцета песчаного по два рядка.
Резкое падение урожая общей массы по подпахотному слою наблюдается у кукурузы (48%) и люцерны (64%); у пшеницы твердой и мягкой, а также у эспарцета снижение незначительное. По зерну более заметно снижение урожайности у твердой пшеницы (55%) и в меньшей степени у мягкой пшеницы (87%) и горчицы (85%).
Представляло особый интерес проследить, как изменяется плодородие подпахотного слоя в следующем году.
Для этого после уборки однолетних культур осенью 1955 г. все делянки были перекопаны на 20—22 см, а весной 1956 г. вновь произведен посев соответствующих культур.
Если в 1955 г. урожай зерна твердой пшеницы на подпахотном слое составил 55% от пахотного, то в 1956 г. — 73%. Соответственно урожай зерна мягкой пшеницы поднялся с 87 до 94%. В сравнении с первым годом урожайность люцерны увеличилась по подпахотному слою и составила 90% против 64% в первый год, соответственно по эспарцету 133% против 70%.
Эти данные свидетельствуют о том, что производительность обнаженного подпахотного слоя в последующем году значительно возрастает, еще более стирая различие в урожайности культур на нем по сравнению с пахотным слоем.
В аналогичных опытах с удалением пахотного слоя на обыкновенных черноземах Плотянской опытной станции урожай культур (в процентах от пахотного слоя) был следующий: яровой пшеницы — 35, овса — 46, льна — 42, гороха — 42, люцерны — 34, эспарцета — 49, сахарной свеклы — 37, картофеля — 69.
Нужно иметь в виду, что во всех полевых опытах с удалением пахотного слоя падение урожая связано не столько с более низким плодородием подпахотного слоя, сколько с общим уменьшением гумусового горизонта, наиболее богатого питательными веществами. В этом отношении траншейный метод, предложенный профессором С. А. Захаровым, дает более правильное решение вопроса.
В опытах С. А. Захарова сравнение плодородия различных горизонтов каштановой супесчаной почвы проводилось следующим образом: вырывалась траншея глубиной 0,5 м, шириной 2 м и в нее закладывалась почва исследуемого горизонта. Высевались кукуруза и подсолнечник. Урожай по горизонту В (17—33 см) от горизонта А (0—17 см) составил у подсолнечника 98%, у кукурузы 90%.
Как видно, на легких супесчаных каштановых почвах подпахотный слой по своей производительности приближается к пахотному.
На светло-каштановой суглинистой почве в Азербайджане при разрыхлении почвы на 30 см с оставлением слоев почвы на своем месте урожай хлопка при орошении составил 38,2 ц/га, а при заполнении траншеи на глубину 0—30 см подпахотным слоем (20—30 см) — 36,3 ц/га, или 94% от урожая на пахотном.
На черноземных почвах в УССР аналогичные опыты проводил М. Т. Федоровский. Траншея глубиной в 40 см набивалась слоями 20—40 см. Урожай на искусственной почве с удвоенным подпахотным слоем (взамен пахотного) по сравнению с нормальной почвой составил у сахарной свеклы 50,7%, у озимой пшеницы — 19,4%, у овса — 58,7%.
Следовательно, метод «искусственных почв» еще более убедительно подтверждает относительно высокую производительность подпахотного слоя у каштановых почв и более резкое падение производительности его у черноземов.