Управление органическим веществом почвы является одним из главнейших методов управления здоровьем почв.
В этом материале мы рассмотрим один из аспектов, связанных с органическим веществом почв, а именно его разложением. Разложение почвенного органического вещества является важным процессом, который обеспечивает круговорот питательных веществ в природе. Скорость и эффективность этого процесса зависит от разных факторов.
✅Состав. Первый фактор, влияющий на разложение органического вещества, — это его состав. Содержание питательных веществ, соотношение углерода и азота, а также сложность молекул органического вещества — все это влияет на скорость разложения. Например, легко разлагаемые органические вещества, такие как сахара и аминокислоты, разлагаются быстрее, чем более сложные полимеры, например лигнин.
✅Тип растительности. Также на скорость разложения органического вещества в почве влияет тип растительности, из-за различной структуры и состава растительных остатков, которые попадают в почву. Например, в лесных почвах, где преобладают хвойные растения, органическое вещество содержит большое количество трудноразлагаемых соединений, таких как лигнин, что замедляет процесс разложения. В то же время, в почвах, образованных под воздействием травяной растительности (поля или луга), органическое вещество более доступно для разложения из-за его состава.
✅Температура. Теплые и влажные условия способствуют более активной деятельности микроорганизмов (бактерии, грибы, водоросли и т.п.), ответственных за разложение органического материала. Например, в субтропических почвах (желтоземы, сероземыферраллитные почвы) органическое вещество разлагается быстрее из-за высокой температуры, чем в субарктических почвах (тундровые глеевые почвы).
✅Доступность кислорода. Недостаток кислорода, напротив, может замедлить процесс разложения, так как многие микроорганизмы, осуществляющие разложение, являются аэробными. Эти микроорганизмы вырабатывают ферменты, которые разрушают органическое вещество на более простые соединения, которые затем поглощаются другими растениями и микроорганизмами.
✅Уровень рН. Кислотность или щелочность почвы также может влиять на скорость разложения органического вещества. Например, в кислых почвах процессы разложения могут быть замедлены из-за негативного воздействия на микроорганизмы. Наиболее благоприятные условия для разложения создаются при среде близкой к нейтральной (pH от 6.5 до 7.5).
©FAO
При оптимальных условиях разложение органического вещества происходит быстро и эффективно, что способствует повышению плодородия почвы и здоровому росту растений!
Практика обработки почвы
Обработка почвы является одной из основных причин снижения уровня органических веществ в почве. Каждый раз при обработке почвы ее аэрируют. Поскольку разложение органического вещества и выделение углерода являются аэробными процессами, кислород стимулирует действие почвенных микроорганизмов, питающихся органическими веществами.
Это значит, что:
При вспашке растительные остатки попадают в почву вместе с воздухом и вступают в контакт со многими микроорганизмами. Разложение происходит быстрее, что приводит к образованию менее стабильного гумуса и повышенному выделению CO₂ в атмосферу и, следовательно, к уменьшению содержания органических веществ.
Растительные остатки на поверхности почвы замедляют, наоборот, замедляют протекание процессов разложения, поскольку они подвергаются воздействию меньшего количества микроорганизмов, что приводит к образованию гумуса (который более стабилен) и высвобождению меньшего количества CO₂ в атмосферу.
С точки зрения кратковременных потерь органического вещества, чем больше обрабатывается почва, тем больше происходит расщепление органического вещества (табл. 1). Существуют также долгосрочные потери, связанные с ежегодным выращиванием растений. Системы земледелия, которые не возвращают в почву достаточное количество растительных остатков, ускоряют этот спад. Исторически внесение навоза было обычным явлением и представляло собой динамичный способ поддержания уровня органических веществ, несмотря на многократное культивирование и низкий уровень возврата остатков в почву. Увеличение внутрихозяйственной механизации привело к сокращению поголовья скота, поэтому этот источник органического материала значительно сократился.
ТАБЛИЦА 1
Обработка почвы вызывает ускорение разложения органического вещества (Glanz, 1995)
В некоторых случаях дисбаланс некоторых почвенных организмов (некоторые виды дождевых червей на рисовых полях или пастбищах) может нарушить структуру и ход почвенных процессов.
Интенсивная обработка почвы делает почву уязвимой к эрозионным процессам, так как органическое вещество теряется за счет повышенного окисления в почве, почва уплотняется, а разрыхленный верхний слой почвы легче вымывается.
Как управлять разложением органического вещества для создания оптимального баланса в почве?
Для улучшения разложения органического вещества почвы описанные выше параметры можно регулировать:
- Состав органического вещества: внесение большого разнообразия органических материалов (например, компостированные растительные остатки, навоз и т. д.) способствует увеличению разнообразия почвенных микроорганизмов, что ускоряет процесс разложения. В таком случае популярными методами являются:
- Компостирование — разложение органического материала из растительных отходов, пищевых отходов и других материалов с помощью микроорганизмов. Компостирование происходит в специальных компостных кучах или в компостере.
- Вермикомпостирование — способ основан на использовании червей для разложения органического материала. Черви разрыхляют и перемешивают почву, что способствует быстрому разложению органического вещества.
- Горячее компостирование. Этот метод включает в себя создание высоких температур в компостной куче, что способствует быстрому разложению органического материала. Для этого используется тщательно подобранный баланс углерода и азота (соотношение C:N примерно 25-30:1, которое обеспечивается внесением навоза и растительных остатков), а также регулярное переворачивание кучи.
2. Тип растительности: при внесении различных видов растений в почву попадают различные органические вещества, что также может повлиять на скорость разложения. Например, внесение зеленых удобрений, таких как клевер и люцерна могут улучшить разложение органического вещества благодаря высокому содержанию азота.
©FAO
Пожнивные остатки, вносимые в почву, разлагаются почвенной макрофауной и микроорганизмами, увеличивая содержание органического вещества в почве.
3. Температура и влажность: теплые и влажные условия способствуют активной деятельности микроорганизмов, что ускоряет процесс разложения. При этом необходимо поддержание оптимальной влажности почвы: для разложения органического вещества необходима определенная влажность, иначе будут создаваться восстановительные условия, которые, напротив, замедляют разложение. Оптимальная температура и влажность почвы для разложения органического вещества зависят от типа почвы и микроорганизмов, которые участвуют в процессе разложения. Однако, можно найти общие рекомендации в научной литературе и биологических исследованиях почв. Оптимальная температура для разложения органического вещества в почве обычно составляет около 25-30 °C. Оптимальная влажность для разложения органического материала в почве обычно составляет от 50% до 70%.Рекомендуется регулярно проверять влажность почвы и поддерживать ее на оптимальном уровне путем полива или дренажа.
В засушливых условиях воду можно обеспечить путем орошения или сбора воды. Повышенная доступность воды увеличивает производство биомассы, биологическую активность почвы, а также растительные остатки и корни, которые увеличивают пул органического вещества.
4. Доступность кислорода: хорошая циркуляция воздуха в почве обеспечивает доступность кислорода для микроорганизмов, что ускоряет разложение. Периодическое перекапывание и рыхление почвы может помочь обеспечить достаточное количество кислорода. Также органические вещества накапливаются во влажной почвенной среде. Дренаж почвы во многом определяется топографией: почвы западин у подножия холмов имеют тенденцию оставаться влажными в течение длительных периодов времени, поскольку там постоянный приток воды (и осадков) с вершины склона. Почвы также могут иметь плужную подошву, которая препятствует дренажу, что усугубляет заболачивание и снижает разложение органических веществ. В постоянно переувлажненной почве совершенно не разлагается одна из важнейших структурных частей растений — лигнин. Конечным следствием чрезвычайно влажных или заболоченных условий является образование органических (торфяных) почв с содержанием органического вещества более 30 %. Там, где почвы осушаются искусственно для сельскохозяйственных или других целей, органическое вещество почвы быстро разлагается.
5. pH почвы: оптимальный уровень pH для разложения органических веществ обычно находится в диапазоне от 6,5 до 7,5. Если pH слишком низкий или высокий, это может замедлить процесс разложения. Если же показатель кислотности не входит в рекомендуемый диапазон, то следует произвестковать почву для поднятия pH или же, наоборот, снизить данный показатель, добавив в почву минеральные или органические удобрения. Добавление извести в почву поможет увеличить ее pH и создать более благоприятные условия для деятельности микроорганизмов, ответственных за разложение органического вещества, а добавление компоста, перегноя или других органических удобрений в почву поможет не только улучшить ее структуру и снизить pH, но и способствует разложению органического материала.
Также один из возможных вариантов — выбор растений с кислотоустойчивым корневым аппаратом. Например, просо, люпин и гречиха.
©FAO
Регулируя эти параметры, вы можете улучшить процесс разложения органического вещества и повысить плодородие почвы
Дополнительные эффективные приемы разложения органического вещества
1. Использование биологических препаратов, содержащих споры и клетки бактерий или грибов, способствующих разложению органического вещества в почве. Исследования показывают, что использование биологических препаратов может значительно улучшить качество почвы и повысить урожайность растений. Таким образом, использование биологических препаратов может быть эффективным способом улучшения качества почвы и повышения урожайности растений.
Пример действующего вещества таких биопрепаратов – гриб Trichoderma harzianum
2. Использование удобрений и пестицидов. Первоначально использование удобрений и пестицидов улучшает развитие сельскохозяйственных культур и, следовательно, производство биомассы (особенно это важно на истощенных почвах). Однако использование некоторых удобрений, особенно азотных, и пестицидов может повысить активность микроорганизмов и, следовательно, разложение органических веществ. Химические вещества обеспечивают микроорганизмы доступными формами азота. Это особенно важно там, где соотношение C:N в органическом веществе почвы велико и, следовательно, разложение замедляется из-за недостатка N.
Несбалансированное внесение удобрений в конечном итоге приводит к нарушению баланса макро- и микроэлементов в растениях. Поэтому удобрения следует вносить в достаточном количестве и в сбалансированных пропорциях. Эффективность использования удобрений будет высокой там, где содержание органических веществ в почве также велико. На очень бедных или истощенных почвах сельскохозяйственные культуры используют удобрения неэффективно. Когда уровень органического вещества в почве восстанавливается, удобрения могут помочь поддерживать концентрацию питательных веществ в почве за счет увеличения урожайности сельскохозяйственных культур и, следовательно, количества растительных остатков, возвращаемых в почву.
3. Покровные культуры
Выращивание покровных культур является одним из лучших методов улучшения уровня органических веществ и, следовательно, качества почвы. К преимуществам выращивания покровных культур относятся:
- Они предотвращают эрозию, закрепляя почву и уменьшая воздействие дождя.
- Они привносят в почву растительный материал для пополнения запасов органических веществ.
- Некоторые растения, например рожь, связывают излишки питательных веществ в почве и предотвращают их вымывание.
- Некоторые растения, особенно семейство бобовые, например вика волосатая, фиксируют атмосферный азот, делая его доступным для растений.
- Большинство из них обеспечивают среду обитания для полезных насекомых и других организмов.
- Они смягчают колебание температуры почвы и, следовательно, защищают почвенные организмы.
В качестве покровных растений можно использовать зерновые, бобовые и масличные культуры. Однако некоторые культуры имеют определенные преимущества. Важно начинать первые годы выращивания с покровных культур, которые покрывают поверхность почвы большим количеством растительных остатков, которые медленно разлагаются (из-за высокого соотношения C:N). Для этого этапа наиболее подходят травы и злаки, в том числе из-за их развитой корневой системы, которая быстро улучшает структуру почвы.
В последующие годы, когда здоровье почвы начнет улучшаться, в севооборот можно включать бобовые. Бобовые культуры обогащают почву азотом, а их остатки быстро разлагаются из-за низкого соотношения C:N. Позже, когда система стабилизируется, можно будет включить покровные культуры с экономической функцией, например, кормовые травы для скота.
Выбор покровных культур должен зависеть от наличия высокого уровня лигнина и фенольных кислот. Это придает остаткам более высокую устойчивость к разложению и, таким образом, обеспечивает защиту почвы на более длительный период и получение более стабильных органических продуктов.
Системы сельскохозяйственного производства, в которых остатки остаются на поверхности почвы, такие как прямой посев и использование покровных культур, стимулируют развитие и активность почвенной фауны на многих уровнях.
Соя, выращиваемая после покровных культур
Термин «зеленое удобрение» часто используется для обозначения тех же видов растений, которые используются в качестве покровных культур. Тем не менее, сидеральное удобрение относится конкретно к культурам, выращиваемым в севообороте для внесения в почву неразложившихся растительных веществ. Хотя эта практика использует специально добавленные органические вещества, это не самое эффективное их использование (особенно в жарком климате) по двум причинам:
- Механического нарушения почвы следует избегать, насколько это возможно.
- Когда большое количество биомассы попадает в почву одновременно, возникает короткий период высокой микробной активности при разложении материала. Это приводит к внезапному высвобождению большого количества питательных элементов, которые не могут быть поглощены проростками следующей по севообороту культуры и, таким образом, теряются из системы.
В целом, чем больше производство сидерата или биомассы сельскохозяйственных культур, тем больше население почвы — от грибов и микроорганизмов до дождевых червей и термитов. Динамика разложения поверхностных остатков зависит, в частности, от активности микроорганизмов, а также от почвенной мезофауны и макрофауны. Макрофауна состоит в основном из дождевых червей, жуков, термитов, муравьев, многоножек, пауков, улиток и слизней. Эти организмы помогают интегрировать растительные остатки в почву и улучшать ее структуру, пористость, инфильтрацию и поток воды за счет создания нор и ходов, поедания остатков и выделений.
Деятельность микроорганизмов регулируется деятельностью макрофауны, поскольку последняя обеспечивает их пищей и воздухом посредством своей биотурбационной деятельности. Таким образом, питательные вещества высвобождаются медленно и могут обеспечивать урожай питательными веществами в течение более длительного периода. При этом почва надолго покрывается растительными остатками и защищена от воздействия дождя и солнца.
4. Улучшенная схема насаждений
Во многих местах низкая плотность посадки ограничивает урожайность сельскохозяйственных культур. Широкое расстояние между растениями часто практикуется как «способ вернуть почве силы» или «дать почве немного отдохнуть», но на самом деле это показатель того, что почва истощена. Расстояние между растениями обычно определяется фермерами с учетом плодородия почвы и наличия воды или ожидаемого количества осадков. Это означает, что растения часто размещают на истощенных почвах в засушливых и полузасушливых регионах с целью обеспечения всех растений достаточным количеством питательных веществ и водой.
Тем не менее, важно поддерживать рекомендуемое расстояние между растениями, чтобы оптимизировать производство биомассы и плотность посадки и, следовательно, органических веществ для питания, удержания влаги и среды обитания для почвенных организмов. После того, как растения разовьют корневую систему, уменьшение количества солнечного света между более близкими рядами культур также может уменьшить повторный рост сорняков.
Использованная литература:
- Powlson D. S., Prookes P. C., Christensen B. T. Measurement of soil microbial biomass provides an early indication of changes in total soil organic matter due to straw incorporation //Soil biology and biochemistry. – 1987. – Т. 19. – №. 2. – С. 159-164.
- Neher D. A. Soil community composition and ecosystem processes: comparing agricultural ecosystems with natural ecosystems //Agroforestry Systems. – 1999. – Т. 45. – С. 159-185.
- Glanz J. Saving our soil: solutions for sustaining earth’s vital resource. – 1995.
Присоединяйтесь к ТГ-каналу ЕАПП
https://t.me/easp_news
