2.4. Основные законы земледелия и их использование

Земледелие - это наука об управлении условиями жизни сельскохозяйственных растений и о повышении плодородия почвы. Основная задача земледелия состоит в том, чтобы, воздействуя на почву агротехническими мероприятиями (удобрения, севообороты, обработка почвы, мелиорация и др.), полнее удовлетворять потребности культурных растений в земных факторах жизни и получать максимальные урожаи при наименьших затратах труда и средств.

Закон равнозначимости и незаменимости факторов жизни растений гласит: «Ни один из факторов жизни растении нельзя полностью исключить или заменить другим; все факторы жизни растений физиологически равнозначны, равноценны, незаменимы и должны находиться в оптимальном соотношении». Для жизнедеятельности растений требуется одновременное наличие необходимых факторов жизни: света, тепла, воды, доступных питательных веществ и воздуха. Независимо от количественной потребности в том или другом факторе нельзя заменить воду элементами питания, свет - обилием тепла. Недостаток любого фактора, например, тепла, так же, как и избыток, приводит к нарушению нормального роста или гибели растений.

Закон минимума утверждает: «Изучение влияния факторов жизни растений показало, что урожайность в первую очередь зависит от того фактора, значение которого находится в самом минимуме, которого в данный момент недостает». При этом экспериментально подтверждено, что все факторы действуют на растение не изолированно один от другого, а в тесной взаимосвязи, влияя друг на друга. Все это послужило основой для формулировки закона минимума и в таком виде: «Развитие растений и уровень урожайности ограничивается фактором, находящимся в относительном минимуме». Так, в районах недостаточного увлажнения вода является фактором, который лимитирует урожайность полевых культур, несмотря на то, что все другие факторы (тепло, свет, элементы питания и др.) могут находиться в оптимальном количестве. Поэтому решающее значение для повышения урожайности здесь имеет орошение или агротехнические мероприятия, направленные на накопление и

сохранение влаги в почве: снегозадержание, стерня на поле, введение чистых паров.

На переувлажненных почвах избыток воды приводит к снижению урожайности. Ограничивающим фактором при этих условиях является недостаток почвенного воздуха и необходимо в первую очередь улучшить аэрацию почвы. Однако по мере обеспечения растений воздухом надо предвидеть следующий ограничивающий фактор, который будет лимитировать урожай.

Закон оптимума. Сущность его заключается в том, что «наибольший урожай может быть получен при оптимальном количестве каждого фактора жизни растений, увеличение или уменьшение его приводит к снижению урожая». Действие этого закона подтверждает зависимость урожая культур от влажности почвы. Минимальная урожайность получается при низкой влажности почвы (минимум), затем с повышением ее резко увеличивается и достигает наибольшей величины при 70-80% от наименьшей (полевой) влагоемкости (оптимум). Высокая влажность почвы приводит к значительному снижению урожайности культур.

В законе совокупного действия факторов жизни растений-сказано: «Для получения высоких урожаев культур необходимо одновременное наличие всех факторов жизни растений в оптимальном соотношении. Совместное действие факторов жизни, находящихся в оптимальных соотношениях, оказывает большее положительное влияние на урожай и плодородие почвы, чем раздельное» (рис. 7).

Рис. 7. Урожайность сена многолетних трав (т/га)

В интенсивном земледелии прогрессивный рост урожайности обеспечивается положительным взаимодействием удобрений, известкования, орошения, использованием высокоурожайных сортов и новейших технологий возделывания культур в севооборотах в сочетании с эффективными методами защиты растений от сорняков, болезней и вредителей. Например, наибольшая прибавка урожая сена многолетних трав от полного минерального удобрения получена при оптимальной влагообеспеченности растений (8,47 т/га), а за счет взаимодействия факторов дополнительно получено 2,51 т/га.

Закон возврата гласит: «Элементы питания растений и энергия, отчужденные из почвы с урожаем и в процессе эрозии, должны быть компенсированы (возращены в почву) с определенной степенью превышения за счет вносимых удобрений или агротехнических мероприятий». Этот закон открыт немецким ученым Ю. Либихом в 1840 г.

В условиях интенсивного земледелия, а также на эрозионноопасных землях происходят большие потери питательных веществ и гумуса вследствие выноса, поверхностного и внутрипочвенного стока. При отсутствии компенсации выноса веществ и энергии почва ухудшает свои свойства и теряет плодородие, что снижает ее способность в обеспечении высокой продуктивности агроценозов, особенно в стрессовых ситуациях (недостаток и избыток влаги, элементов питания и др.). В этом случае оптимизировать необходимо в первую очередь факторы, которые находятся в минимуме и ограничивают урожай.

Регулирование водного, воздушного, теплового и питательного режимов почвы. Совокупность поступления в почву воды, тепла, воздуха, элементов питания, их расхода из почвы, передвижения и изменения состояния определяет соответственно водный, воздушный, тепловой и питательный режимы почвы.

Для получения высоких и устойчивых урожаев растения необходимо обеспечить всеми факторами жизни, в том числе и водой, особенно в периоды максимального ее потребления. Эти периоды совпадают с фазами образования репродуктивных органов.

Регулирование водного режима - одна из важнейших проблем земледелия.

В зоне избыточного увлажнения, где приход осадков больше их расхода, все мероприятия направлены на понижение уровня грунтовых вод и удаление излишней воды осушением заболоченных земель. На почвах временного избыточного увлажнения в северозападных районах Нечерноземной зоны для отвода воды из верхних горизонтов применяют узкозагонную вспашку (вдоль или под углом

склона) и кротование. С помощью специальных приспособлений к плугам (кротователей) в подпахотных слоях делают в горизонтальном направлении отверстия диаметром 7-10 см, по которым отводится вода. Выполняют этот прием для культур раннего срока сева осенью, а для позднего - весной. На переувлажненных землях применяют посев на гребнях и грядах, щелевание, а также рыхление подпахотного слоя плугами с почвоуглубителями.

В зонах неустойчивого и недостаточного увлажнения большое значение имеет орошение. В период роста и развития растений оно позволяет поддерживать оптимальную влажность почвы на уровне 70-80% от наименьшей (полевой) влагоемкости и создает благоприятные условия для эффективного использования удобрений.

Влагонакопительные мероприятия в засушливых районах включают задержание на полях снега и талых вод (создание снежных валков, полосное уплотнение снега катками, сохранение стерни), чистые и кулисные пары, создание системы полезащитных и водоохранных лесных полос. Их комплексное осуществление увеличивает влагозапасы на 300-600 м³ на 1 га и повышает урожайность зерновых культур на 3-5 ц/га. При снегозадержании валки из снега размещают на расстоянии 4-6 м поперек направления господствующих ветров и склонов. В течение зимы снегозадержание проводят 2-3 раза. Для лучшего накопления снега на паровых полях размещают кулисы (полосы) состоящие из горчицы, подсолнечника, кукурузы. Кулисы за счет накопления снега, защищают посевы озимых от вымерзания и повышают их урожайность на 2-4 ц/га.

Система мероприятий по сохранению и лучшему использованию влаги предусматривает плоскорезную обработку почвы с мульчированием ее поверхности растительными остатками, подбор засухоустойчивых культур и сортов, их рациональное чередование, определение оптимальных сроков сева, соответствующие данной зоне.

Улучшению водного режима способствуют приемы, повышающие содержание гумуса и влагоемкость почвы: внесение навоза, компостов, посев сидеральных и промежуточных культур на зеленое удобрение, введение многолетних бобовых трав в севооборот и др. Положительное влияние на сохранение влаги оказывает уничтожение сорняков, так как они для формирования своей биомассы потребляют значительное количество воды, что приводит к иссушению почвы.

В районах проявления водной эрозии для задержания воды на склоновых землях применяют противоэрозионные приемы обработки почвы: вспашку поперек склона, глубокое безотвальное рыхление, вспашку с лункованием, щелевание и др. Создание глубокого,

хорошо окультуренного пахотного слоя, особенно на почвах тяжелого гранулометрического состава, уменьшает поверхностный сток и увеличивает поглощение осадков.

Регулирование воздушного режима способствует повышению продуктивности растений. Наличие в почве достаточного количества кислорода - непременное условие хорошего питательного режима для растений. Поэтому постоянный приток атмосферного кислорода и отток С0₂, образующегося в результате жизнедеятельности почвенных микроорганизмов, - основа газового обмена почвы с атмосферным воздухом. Газообмен осуществляется через систему воздухоносных почвенных пор, сообщающихся между собой и с атмосферным воздухом.

Естественными факторами газообмена являются диффузия газов, изменение атмосферного давления, суточной температуры, поступление воды в почву, ветер и др. Г азообмен между почвенным и атмосферным воздухом зависит от структурного состояния и строения пахотного слоя почвы, т.е. от соотношения капиллярных и некапиллярных пор. Объем некапиллярных почвенных пор, который постоянно занят воздухом при предельной полевой влагоемкости, называют пористостью устойчивой аэрации. Нормальный газообмен осуществляется при пористости аэрации почвы не менее 15-20%, поэтому воздушный режим улучшают, в первую очередь, на переувлажненных и тяжелых почвах, склонных к заплыванию.

Осушение почв избыточной влажности создает оптимальные условия аэрации и повышает продуктивность большинства возделываемых культур и особенно многолетних трав. На этих почвах эффективны все агротехнические приемы, способствующие отводу избыточной воды: дренаж, посев и посадка на гребнях и грядах, кротование и др.

Радикальным средством улучшения аэрации почвы являются приемы механического рыхления при ее физической спелости. К ним следует отнести вспашку с почвоуглубителями, чизелевание, фрезерование, а также все приемы поверхностной обработки, уничтожающие почвенную корку. Особенно эффективны глубокие обработки на орошаемых землях, сильно уплотняющихся после полива. Для лучшего соотношения капиллярных и некапиллярных пор при чрезмерно рыхлом сложении проводят прикатывание почвы перед посевом.

Аэрация почвы зависит от ее структуры. Поэтому все приемы, улучшающие структуру почвы, регулируют и воздушный режим: обогащение почвы органическим веществом, известкование кислых и гипсование солонцовых почв, посев многолетних трав.

Тепловой режим определяется в основном поступлением и преобразованием солнечной энергии, приход которой ежегодно составляет 168 ккал/см². В среднем 33% поступающей радиации отражается облаками, около 9% диффузно рассеивается в пространстве.

Другими источниками тепла являются разложение органического вещества, приход его из глубоких слоев земли, распад радиоактивных веществ и другие процессы.

При недостатке тепла, особенно в северных районах, все агротехнические приемы направлены на лучшее использование приходящей солнечной энергии и ее сохранение. В этих целях применяют мульчирование почвы перегноем, торфом, растительными остатками. С целью повышения температуры почвы в нее вносят большие дозы органических удобрений (навоза, компоста). Ускоряет прогревание тяжелых по гранулометрическому составу почв и переувлажненных земель глубокое их рыхление, поделка гряд и гребней, на которых высаживают картофель, корнеплоды, овощи.

С учетом биологических особенностей теплолюбивые культуры (кукуруза, ранний картофель) размещают на южных склонах. В практике земледелия для борьбы с заморозками широко применяют поливы.

В районах с холодными зимами для уменьшения промерзания почвы и защиты озимых культур от вымерзания используют снегозадержание. На посевах озимых снег задерживают уплотнением, а не сгребанием.

Для устранения перегрева почвы в южных районах страны поверхность пашни мульчируют измельченной соломой. Светлая мульча увеличивает отражательную способность, уменьшает испарение воды и понижает температуру почвы. Почву и растения от перегрева предохраняют поливы дождеванием.

На тепловой режим почвы влияют полезащитные лесные полосы, нормы высева, сроки посева, засоренность полей, направление рядков и др.

Основной задачей в регулировании питательного режима почвы является повышение урожайности сельскохозяйственных культур. Накопление элементов питания в почве и создание благоприятных условий для хорошей доступности их растениям - основа почвенного плодородия.

Источниками элементов питания для растений служат гумусовое вещество почвы, растительные остатки, почвенные запасы фосфора, калия и других элементов, органические и минеральные удобрения, а также фиксация азота микроорганизмами. Значительная часть питательных веществ почвы находится в форме труднорастворимых соединений и недоступна растениям.

Агротехнические приемы окультуривания — интенсивное рыхление почвы, известкование и гипсование, орошение и осушение - активизируют биологические процессы, ускоряют минерализацию органических веществ и улучшают усвоение растениями элементов питания.

Важная роль в увеличении содержания органического вещества и азота в почве принадлежит вводимым в севооборот многолетним бобовым травам (клеверу, люцерне), промежуточным культурам и растениям, возделываемым на зеленое удобрение (люпин, донник). При благоприятных условиях клевер накапливает 80 кг/га азота, люцерна - более 120 кг/га.