Контрольная работа: Агроэкологическая оценка сельскохозяйственных культур. Агробиоценотические основы земледелия

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

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

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

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

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

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

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

Чувствительны и неустойчивы к засолению почвы фасоль, различные виды клевера, лисохвост, редис, сельдерей и некоторые другие культуры.

Такая реакция растений связана с уровнем плодородия почвы и прежде всего с наличием в ней элементов питания в доступной для растений форме – оксидов азота, фосфора, калия, кальция и др.

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

Помимо источника азотного питания растений биологический азот имеет большое экологическое значение. Находясь в почве в составе органического вещества, он не вымывается и не загрязняет почву и грунтовые воды нитратами, как это часто происходит с минеральным азотом. А период наиболее активного разложения корневых остатков и клубеньков с выделением в почву аммиака, нитратов и других доступных для растений питательных веществ совпадает с периодом интенсивного роста большинства сельскохозяйственных культур (май–июнь), когда эти соединения азота могут быть поглощены растениями в больших количествах.

С важной агроэкологической функцией сельскохозяйственных культур связано и пополнение запасов органического вещества в почве за счет корневых, пожнивных или поукосных остатков растений. Здесь опять на первом месте оказываются посевы многолетних трав, особенно их злакобобовые смеси. В условиях Московской области после уборки клеверо-тимофеечной смеси 2‑го года пользования в дерново-подзолистой почве остается 7– 8 т/га сухих корневых и поукосных остатков, что и по количеству, и по качеству равноценно внесению 30–35 т/га хорошего навоза. В то же время после озимой пшеницы и озимой ржи остается 3–4 т/га, после ячменя и овса –2–3 т/га растительных остатков.

По накоплению растительных остатков в почве основные полевые культуры можно разместить в следующий убывающий ряд: многолетние травы – кукуруза на силос – озимые зерновые – яровые зерновые – зерновые бобовые – сахарная и кормовая свекла – картофель – лен-долгунец. Однако эта последовательность может изменяться в зависимости от местных почвенно-климатических условий, удобрений, обработки почвы, орошения и других факторов.

С накоплением растительных остатков в почве связано и влияние сельскохозяйственных культур на физическое состояние почвы–ее строение, структуру, плотность, водопроницаемость и др. Но особое агроэкологическое значение имеет воздействие сельскохозяйственных растений на структуру почвы, на содержание в ней водопрочных агрегатов. Это связано с тем, что водопрочные агрегаты не разрушаются водой, и между их количеством и водопроницаемостью почвы существует тесная прямая связь. На хорошо оструктуренных почвах с их высокой водопроницаемостью можно быстро перевести поверхностный сток во внутренний и устранить угрозу смыва и разрушения почвы. Большое агроэкологическое значение имеет и то обстоятельство, что структурные агрегаты размером больше 1 мм не подвергаются выдуванию и препятствуют развитию дефляции.