Исследования, проведённые в стационарном опыте по изучению севооборотов
(ВНИИЗХ), показывают, что в среднем за годы исследований(1968 –1978гг.) из
изучаемых предшественников больше всего органических остатков оставляют
многолетние травы, затем кукуруза и горохо-овсяная смесь. Из зерновых-пшеница,
посеянная по чистому пару. Накопление растительных остатков, в целом по севооборотам, ежегодно и за многолетний период изменялось в зависимости от структуры посевных площадей и чередования культур. Пятипольный зернопаровой
севооборот с выводным полем многолетних трав оказался наиболее приемлемым по этому показателю в местных условиях, так как здесь поступление растительных остатков в среднем за год было 12%, а в 4х-польном зернопропашном –
всего 6,3%. Большое значение имеет и качественный состав растительных остатков. В органических остатках многолетних трав содержится больше азота и фосфора, чем после пшеницы и ячменя, в то же время горохо-овсяная смесь по обогащению почвы азотом, фосфором и калием не уступает многолетним травам.
Путём научно обоснованного чередования культур можно в определённой мере
регулировать накопление органических остатков в почве. Данные исследований показывают, что по обогащению почвы азотом лучшее место занимают 6-польный
зернопаровой севооборот с однолетними бобово-злаковыми травами и 5-польный
зернопаровой севооборот с полем многолетних трав. Эти же севообороты оказались лучшими и по обеспечению фосфором. Бессменное возделывание пшеницы или зерновых ведет к снижению накопления органических остатков.
Целостное представление об изменении баланса органического вещества в почвах Северного Казахстана можно составить, используя данные его прихода и отчуждения с урожаем. Накопление гумуса в почве – процесс длительный. Из всех поступающих в почву органических остатков лишь 22-30% могут превращаться в гумусовые вещества. По утверждению А.Н.Шенявского(1973), из соломы может образоваться до 10% гумуса, из корней икорневых шеек растений – до18%, из навоза – до20-40%.
Величина органических остатков в процентах от исходного количества, используемая на образование гумусовых веществ, называется изогумусовым коэффициентом, который применяется для расчёта баланса органического вещества с помощью уравнения: Б= Аа – 20УН
где Б - баланс гумуса, кг/га;
А – количество корневых и пожнивных остатков, ц/га;
а – изогумусовый коэффициент, %;
У - урожайность основной продукции, ц/га;
Н – вынос азота с 1ц урожая, кг;
20 – коэффициент перерасчёта на потери гумуса из почвы.
По результатам исследований В.И. Рылушкина (1977), проведённых на чернозёмах обыкновенных Целиноградской области, установлено, что общие запасы гумуса в горизонте А+В составили 249т/га. При использовании этих почв для посева пшеницы с урожайностью 14,5ц/га невосполненная убыль гумуса на гектаре доходит до157,6кг или ежегодно теряется 0,06%, а на южных карбонатных чернозёмах при урожайности пшеницы 15,1ц/га, безвозвратно теряется до 206кг/га гумуса или 0,13%.
Совсем иное положение складывается на этих же почвах при посеве многолетних трав. За счёт обильного обогащения почвы корневыми остатками менее выраженного процесса минерализации органического вещества на таком фоне получается положительный баланс гумуса. Так, при средней урожайности сена житняка второго года жизни 12ц/га увеличение гумуса, к имеющимся 128т/га в пахотном горизонте, составило285 кг/га.
Это говорит о том, что бессменное возделывание пшеницы в северных районах Казахстана сопряжено с отрицательным балансом гумуса, поэтому существенно повлиять на ход изменения органического вещества почвы можно путём внесения органических и минеральных удобрений, оставления соломы на полях, введения в севооборот многолетних трав.
Внесение или оставление соломы на полях является самым простым и удобным способом, который существенно влияет на устранение бездефицитного баланса гумуса. Например, в обобщённых исследованиях по Северному Казахстану (А.А. Зайцева,1974; В.И. Кирюшин, И.Н.Лебедева,1972) установлено, что только оставление стерни на поверхности почвы способствовало увеличению содержания гумуса за семилетний период на 0,26%.
Таким образом, рациональное сочетание таких агротехнических приёмов, как внесение минеральных удобрений в рекомендованных дозах, оставление стерни, разбрасывание соломы, внесение органических удобрений, применение рекомендуемых севооборотов, системы обработки почвы и др. может существенно повлиять на изменение содержания органического вещества, сведя его потери к бездефицитному балансу.
Почвы Северного Каазахстана бедны доступными формами фосфора. Единственный путь улучшения фосфорного режима почвы – это внесение фосфорных удобрений в рекомендованных дозах.
Иное влияние оказывают предшественники на содержание в почве нитратного азота. Лучшим предшественником по накоплению доступного азота является пар. Последействие пара по обеспечению растений нитратным азотом распространяется на третью культуру включительно. Под пшеницу, удаленную от пара(4-5культура), следует вносить азотные удобрения.
Известно, что полевые культуры в силу биологических особенностей потребляют неодинаковое количество влаги. Поэтому чередование их между собой, а при недостаточном увлажнении с паром, является решающим фактором рационального использования почвенной влаги.
Анализ влагообеспеченности посевов показывает, что в засушливой зоне Северного Казахстана целесообразно пшеницу высевать два года после пара, располагая третьей культурой овёс или ячмень и замыкать севооборот пшеницей, высеваемой после овса, а при необходимости ротацию этих севооборотов можно удлинить до 6-7лет, высевая в шестом поле зернофуражные, а в седьмом - выводное поле многолетних трав.
Севообороты и засорённость посевов. Чередование культур в севообороте в сочетании с их зональной агротехникой является эффективным средством снижения засорённости посевов. Ведущим в борьбе с сорняками является пар, но для повышения сороочищающей роли паровых предшественников, особенно занятых и комбинированных паров, необходимо применение на парах гербицидов, которые в сочетании с механическими обработками эффективно подавляют и уничтожают сорную растительность.
Хороших результатов можно достичь в борьбе с сорняками, применяя гербициды в севообороте на второй, третьей и последующих культурах севооборота.
Среди мероприятий по улучшению качества зерна пшеницы важное место занимает посев её по пару, второй и третьей культурой после пара и по горохо - овсяной смеси.
По чистому пару урожаи зерна и его качество всегда выше, чем по другим полям.
Контрольныевопросы
1.Какова роль севооборота в агроландшафтных системах земледелия?
2.Каковы причины чередования культур?
3.Роль плодосмена в развитии научного и практического земледелия.
4.Какие виды и типы севооборотов применяются в земледелии?
5.Какова роль многолетних трав в севооборотах разных зон?
6.Основные предшественники пшеницы в степной зоне.
7.Дать характеристику почвозащитной способности основных полевых культур.
8.Что такое полосное размещение культур.
9.Приведите примеры специальных севооборотов.
10.Каково назначение переходной и ротационной таблиц?
11.Экологические требования к севообороту.
РАЗДЕЛ 4. Обработка почвы.
Лекция10.Научные основы обработки почвы.
1. Задачи обработки почвы.
2. Технологические операции, выполняемые при обработке почвы.
3. Физические свойства почвы.
Задачи обработки почвы.
Повышение эффективности плодородия почвы и создание благоприятных условий для роста растений неразрывно связаны с обработкой почвы. Обработка – это механическое воздействие на почву рабочими органами почвообрабатывающих машин и орудий для создания оптимальных почвенных условий для выращиваемых растений. Обработка почвы – основное агротехническое средство регулирования почвенных режимов, интенсивности биологических процессов, поддержания хорошего фитосанитарного состояния почвы и посевов.
С помощью механической обработки почвы достигают следующих целей:
Придание почве мелкокомковатого структурного состояния и оптимального для растений сложения почвы (плотности, пористости и др.), при котором создавались бы благоприятные для роста растений и микрофлоры условия водного, воздушного, питательного и теплового режимов;
Поддержание хорошего фитосанитарного состояния почвы и посевов;
Предотвращение эрозионных процессов, чрезмерного переуплотнения почвы,
снижение непроизводительных потерь из почвы воды, гумуса, питательных веществ
в целях сохранения потенциального плодородия и защиты почвы от эрозии.
Обработка почвы необходима для углубления и увеличения мощности
пахотного слоя, для заделки органических и минеральных удобрений, а также
мелиорантов в целях воспроизводства и окультуривания почвы.
В степных засушливых условиях, на склоновых землях глубокое рыхление почвы способствует накоплению влаги и атмосферных осадков в корнеобитаемом слое. В районах избыточного переувлажнения с помощью обработки почвы можно отводить избыточную воду с поля, в результате чего улучшается воздушный режим почвы.
Агрофизические основы обработки почвы
Благоприятные почвенные условия для роста и развития растений складываются при оптимальных параметрах агрофизических свойств почвы и показателях её плодородия. К числу важнейших условий следует отнести плотность и строение почвы, мощность пахотного слоя, структурный состав и др.
Современная теория обработки строится на обоснованном согласовании агрофизических свойств почвы и предъявляемым к ним требованиям культурных растений. Поэтому важнейшей агрофизической основой обработки являются требования культур к плотности, и строению пахотного слоя, структуре и степени крошения почвы, мощности пахотного слоя, твёрдости и другим свойствам, от которых зависит рост растения и урожайность.
Количественной характеристикой строения почвы служит величина её плотности. Различают равновесную и оптимальную плотность почвы. Равновесная плотность – это установившаяся плотность необработанной (1 -2 года) почвы в естественном состоянии. Плотность почвы, при которой складываются благоприятные условия для роста растений и деятельности почвенных микроорганизмов, называют оптимальной.
Изучение реакции культур на физическое состояние почв различного генезиса позволило выявить интервалы оптимальных значений плотности почвы для зерновых и пропашных культур. Оптимальная плотность почвы суглинистых чернозёмов для зерновых колосовых 1,1 –1,3г/см3, для пропашных -- 1,0 –1,2.
Плотность почвы зависит от гранулометрического состава, содержания гумуса, водопрочных агрегатов, влажности почвы и других условий.
Агрохимические и биологические основы обработки почвы .
Способы основной обработки почвы оказывают существенное влияние на распределение в почве органического вещества, вносимых удобрений, доступность растениям элементов минерального питания, процессы гумификации растительных остатков и синтеза биологического азота.
Значительная роль в повышении плодородия почв принадлежит биологическим процессам, активность которых определяется условиями, создаваемыми обработкой почвы. Поэтому обработка почвы – важнейшее средство регулирования жизнедеятельности почвенной микрофлоры, её численности и видового состава. Рыхление почвы улучшает аэрацию, её увлажнение и увеличивает численность бактерий, плесневых грибов, актиномицетов и других микроорганизмов, разлагающих углеродосодержащие растительные вещества.
Усиление жизнедеятельности аэробных микроорганизмов ускоряет разложение гумуса и высвобождение элементов минерального питания.
При уменьшении интенсивности и глубины рыхления, применения мелкой или поверхностной обработки снижается активность почвенной микрофлоры и не разлагаются гумусовые вещества, которые служат потенциальным источником элементов питания растений и средством улучшения структуры и физических свойств почвы.
Способ и глубина обработки влияют на инфекционный потенциал почвы и её засорённость. Повышение засорённости посевов при безотвальной обработке и приёмах минимализации, увеличение поражённости культур болезнями и вредителями создают предпосылки для чередования разных способов и глубины обработки почвы в севооборотах. Уничтожая обработкой сорняки, применяя глубокое рыхление пахотного слоя, плоскорезную, чизельную обработки в засушливых условиях, мы улучшаем влагообеспеченность растений, ускоряем их рост. В результате снижается поражаемость культур вредителями и болезнями.
При многообразии приёмов и орудий обработки почвы, их применение сводится к решению следующих задач:
Создание благоприятного мелкокомковатого сложения пахотного слоя почвы. Это главная задача и она решается приёмами глубокой обработки почвы.
Уничтожение или подавление сорной растительности;
Создание условий для накопления и сохранения влаги в засушливых районах и устранение излишней влажности почвы в районах избыточного увлажнения;
Улучшение пищевого режима почвы путём перераспределения питательных веществ в пахотном слое и воздействия на микробиологические процессы;
Создание благоприятных условий для заделки в почву семян культурных растений, их дружного прорастания, роста и развития;
Уничтожение или подавление некоторых вредителей и болезней с/х культур;
Заделка в почву органических и минеральных удобрений, химических мелиорантов, гербицидов и ядохимикатов;
Лишение жизненности дернины залежи или пласта многолетних трав;
Сохранение условий, при которых поверхностный слой почвы остаётся устойчивым к эрозии и дефляции.
В целом обработкой достигается оптимизация водного, воздушного, микробиологического и пищевого режимов почвы. Создание оптимального строения (сложения) пахотного слоя почвы и стремление к созданию благоприятного водного режима обеспечивает и благоприятный воздушный режим (аэрацию).
Современные агротехнологии как система мероприятий по оптимизации условий жизни сельскохозяйственных растений отличаются глубокой научной проработкой и особой требовательностью к своевременному и точному исполнению всех технологических приемов.
Но как составная часть адаптивноландшафтных систем земледелия агротехнологии XXI века тесно связаны со структурой посевных площадей и системой севооборотов — основополагающими звеньями любой системы земледелия прошлого и настоящего.
Для всех систем земледелия, начиная с примитивных и заканчивая современными, важнейшими являются два неразрывно связанных отличительных признака — способ использования земли и способ воспроизводства плодородия почвы. И оба эти признака проявляются и реализуются через центральное звено системы земледелия — севооборот или систему севооборотов.
Ярким подтверждением ведущей роли севооборота в системах земледелия является замена паровой системы земледелия плодосменной, произошедшая в XVIII-XIX в. в. в странах Западной Европы и оказавшая большое влияние на развитие теории и практики земледелия в России.
Вот как оценивал процесс перехода от трехполья к плодосменной системе земледелия выдающийся ученый агроном и преобразователь земледелия России А. С. Ермолов: «Если, например, хозяин вместо обычного трехполья заведет четыре поля и после, например, озими введет два последовательных посева яровых (после ржи, положим, высеет гречиху, на следующий год после гречихи посеет овес и уже после овса на четвертый год пустит землю под пар), то изменится только севооборот, который из трехпольного с паром превратится в четырехпольный. Ни основная система хозяйства, ни относительное значение его отдельных отраслей не претерпят при этом никаких изменений. Как было хозяйство экстенсивным, так и есть экстенсивное; как было хозяйство зерновым, так зерновым и осталось, но и севооборот, и система земледелия претерпевают уже более существенное изменение, если вместо гречихи на вновь созданном промежуточном поле высевается корнеплод, например, картофель, кормовая свекла. Появляется плодосмен, увеличивается запас кормовых средств, представляется возможность усилить удобрение и тем повысить урожай. Наряду с введением корнеплодов вводится травосеяние, сначала в виде посева вики или однолетних трав на пару, далее в виде посева многолетних трав, с соответственным удлинением севооборота и превращением его в многолетний плодопеременный; запас кормовых средств увеличивается, — центр тяжести сельскохозяйственного производства мало-помалу переходит в сторону скотоводства или заводится сельскохозяйственное техническое производство, которое перерабатывает сырые продукты земледелия, превращая их в продукты более ценные и возвращая хозяйству все свои отбросы, которые служат ему как удобрение и возмещают почве все или большую часть того, что было у нее взято. Тут изменяется уже весь строй и вся система хозяйства. Еще шаг далее - в севообороте уничтожается чистый пар, вводятся в подмогу к своим ввозные искусственные удобрения - хозяйство превращается в интенсивное» (Ермолов А. С. Избранные труды. М.: Колос, 1995. с. 135).
Если в Германии А. Тэер совершенствовал плодосмен и усиливал его влияние на плодородие почвы введением еще одного поля бобовых культур (см. выше его шестиполье), то в России еще со времен А. Т. Болотова такое усиление влияния севооборота на плодородие почвы предлагалось осуществлять сначала за счет удлинения трехлетнего выгонного периода в семипольном зерно-паровом чередовании, а затем путем улучшения этого чередования через введение дополнительно одного или двух полей клевера.
Например, в Ярославской губернии И. И. Самариным предложено было чередование: 1) пар, 2) озимые с подсевом клевера, 3) клевер, 4) яровые. В дальнейшем это чередование улучшалось за счет удлинения срока использования клевера и увеличения продолжительности ротации севооборота до 6-8 лет — 1) пар, 2) озимые с подсевом клевера, 3-4) клевер, 5) озимые, 6) яровые зерновые.
Однако на почвах Нечерноземья клевер не всегда сохранялся на второй год его использования, и было предложено использовать смесь клевера с тимофеевкой луговой. И в рекомендациях российских ученых агрономов появилось так называемое Волоколамское восьмиполье с двухлетним использованием смеси клевера с тимофеевкой и двумя полями чистого пара: 1) пар, 2) озимые с подсевом клевера с тимофеевкой, 3-4) клевер с тимофеевкой, 5) яровые зерновые, 6) пар, 7) озимые, 8) яровые зерновые. В этом чередовании плодородие почвы поддерживалось по-прежнему паровыми полями, и усиливалось наличием на клеверных полях многолетней злаковой травы — тимофеевки луговой, оставляющей в почве в дополнение к клеверному азоту большую массу органического вещества в виде корневых остатков.
Однако и эти улучшенные севообороты не стали плодосменными, так как в них отсутствовал один из важнейших элементов плодосмена — пропашные культуры, и по-прежнему коэффициент использования пашни был значительно ниже единицы из-за наличия паровых полей. Приведенные выше севообороты стали основой так называемой улучшенной зерновой системы земледелия, приспособленной к общественно-экономическим условиям на большей части территории России XIX века. А плодосменные севообороты и одноименная с ними система земледелия получили в то время распространение лишь в районах относительно развитого земледелия. Эго были районы Черноземного центра России, где во второй половине XIX века быстро распространялись посевы пропашной культуры — сахарной свеклы, и на базе свеклосеяния развивалась сахарная индустрия.
Сахарная свекла стала основой экономического развития этих районов, где возникла сеть сахарных заводов и других свеклоперерабатывающих предприятий. И для свеклосеющих районов были рекомендованы и использовались типично плодосменные севообороты: 1) клевер, 2) озимая пшеница, 3) сахарная свекла, 4) горох, 5) овес с подсевом клевера; 1) пар занятый (вика-овес на корм), 2) озимая пшеница, 3) сахарная свекла, 4) горох, 5) сахарная свекла; 1) клевер, 2) озимая пшеница, 3) сахарная свекла, 4) горох, 5) сахарная свекла, 6) овес с подсевом клевера; 1) клевер, 2) озимая пшеница, 3) сахарная свекла, 4) овес, 5) горох, 6) сахарная свекла, 7) овес с подсевом клевера.
Такие севообороты стали основой поддержания плодородия почвы в интенсивной плодосменной системе земледелия. В дальнейшем при насыщении плодосменных севооборотов посевами сахарной свеклы, кукурузы, конопли и других пропашных культур в ряде мест эти севообороты становились пропашными и плодосменная система земледелия превращалась в наиболее интенсивную — пропашную или промышленно-заводскую систему земледелия, для которой характерно интенсивное использование пахотных земель с преобладанием в структуре посевных площадей пропашных культур, с воспроизводством плодородия почвы на основе широкого применения органических и минеральных удобрений, интенсивной обработки почвы и других факторов интенсификации земледелия. В то же время в ряде районов свеклосеяния удлинялось до двух лет использование клевера, но большей частью он был вытеснен более устойчивой для условий лесостепной зоны бобовой многолетней травой — люцерной. Чистые посевы этой культуры сохраняли высокую продуктивность в течение трех и более лет, чем и было обусловлено трехлетнее использование люцерны в полевых 10-11-12-польных севооборотах с озимыми и яровыми зерновыми культурами, с сахарной свеклой, кукурузой, подсолнечником и другими пропашными культурами.
С созданием колхозов, совхозов и других крупнотоварных хозяйств в Советском Союзе в директивном порядке началось внедрение травопольной системы земледелия.
Основой травопольной системы земледелия была система агротехнических мероприятий по восстановлению плодородия почв в рамках травопольных севооборотов, в которых имелось несколько полей с посевами злаково-бобовых смесей многолетних трав. Все землепользование в этой системе земледелия базировалось на многопольных полевых севооборотах с 2-3 полями злакобобовых смесей многолетних трав, которые размещались на суходольных участках, и на кормовых лугопастбищных травопольных севооборотах с преобладанием посевов многолетних и однолетних трав, которые размещались на пониженных участках рельефа, в поймах рек и т. д. Кроме того, использовались прифермские севообороты, которые размещались вокруг ферм, хозяйственных центров. В прифермских севооборотах помимо многолетних и однолетних трав возделывались кормовые пропашные культуры — корнеплодные, силосные и другие.
Автор этой системы земледелия академик В. Р. Вильямс, преувеличивая значение многолетних трав в повышении плодородия почвы, настаивал на повсеместном внедрении в производство системы травопольных полевых и кормовых севооборотов как основы дальнейшего развития сельскохозяйственного производства Советского Союза.
Однако практика земледелия, исследования многочисленных научных учреждений СССР, вскоре показали несостоятельность такой глобализации земледелия в масштабах большой страны с огромным разнообразием почвенно-климатических, экономических и других условий.
В условиях недостаточного увлажнения, характерных для 70% площади пашни страны, влаголюбивые многолетние травы (коэффициент транспирации люцерны 800-900 против 400-600 у большинства полевых культур) не только не проявляли своего положительного влияния на плодородие почвы, но и отрицательно воздействовали на запасы продуктивной влаги в почве — основного фактора устойчивости земледелия в этих районах.
В то же время в условиях достаточного увлажнения, на орошаемых землях основные положения теории и практики севооборота, связанные с принципами плодосмена и полевого травосеяния, нашли свое дальнейшее развитие в трудах С. А. Воробьева, В. П. Мосолова, В. П. Нарциссова, П£. Прокопова, В. Н. Прокошева, Е. Л. Убениса, М. И. Сидорова, АБ. Соколова, М. Ф. Стихина, ИА. Цивенко и других советских ученых-земледелов. Их исследования показали, что в условиях достаточного увлажнения полевое травосеяние в сочетании с пропашными культурами является основой построения многих полевых, кормовых и специальных севооборотов.
Ярким воплощением принципов плодосмена являются научно обоснованные чередования в полевых зерно-травяно-пропашных севооборотах: 1-2) многолетние травы (смесь клевера с тимофеевкой), 3) озимая пшеница, 4) картофель, 5) ячмень, 6) озимая рожь, 7) кукуруза на силос, 8) овес с подсевом мн. трав; 1-2) многолетние травы, 3) озимая пшеница, 4) картофель, 5) ячмень, 6) горох, 7) озимая рожь, 8) овес с подсевом мн. трав; 1-2) многолетние травы (смесь клевера с тимофеевкой), 3) озимая пшеница, 4) картофель, 5) лен-долгунец, 6. овес с подсевом мн. трав и другие севообороты с аналогичной структурой посевных площадей.
В этих чередованиях, как и в классическом плодосменном четырехполье, прослеживается примерно то же соотношение площади посевов основных групп культур — 50% площади севооборота занимают зерновые культуры («почвоухудшатели»), остальная часть примерно поровну распределяется между бобовыми и пропашными культурами («почвоулучшателями»). Безусловно, такое деление является условным, однако на фоне такой структуры посевных площадей создаются предпосылки для основного принципа плодосмена — постоянной смены на полях культур, существенно отличающихся и по биологии (злаковые, бобовые, озимые, яровые, многолетние, однолетние, с глубокой и мелко залегающей корневой системой, с большим и относительно малым выносом питательных веществ, расходующих и накапливающих азот в почве и т. д.) по технологии возделывания (культуры сплошного посева и пропашные, хорошо удобряемые, с навозом, и не очень удобряемые, без навоза).
В лесостепной зоне и на орошаемых участках южных районов страны в плодосменных и им подобных севооборотах большой агроэкологический эффект чередования достигается трех-четырех летним использованием люцерны, которая является в этих условиях лучшим предшественником озимой пшеницы, риса, табака, овощных и других специальных культур. В полевых севооборотах ЦЧО принципы плодосмена является основой таких чередований: 1-3) люцерна, 4) озимая пшеница, 5) сахарная свекла, 6) ячмень 7) горох, 8) озимая пшеница, 9) кукуруза на зерно, 10) ячмень или 1) горохо-ячменная смесь на корм, 2) озимая пшеница, 3) сахарная свекла, 4) горох, 5) озимая пшеница, 6) кукуруза на зерно, 7) ячмень, 8) подсолнечник, 9) кукуруза на силос, 10) озимая пшеница.
Эти и многие другие чередования показывают высокую эффективность принципов плодосмена, которые в условиях интенсификации и специализации земледелия получили свое дальнейшее развитие.
Если вы нашли ошибку, пожалуйста, выделите фрагмент текста и нажмите Ctrl+Enter .
Севооборот
Продолжительное возделывание той или иной садово-огородной культуры на одной и той же площади неизменно приводит к снижению физико-химических качеств грунта, его обеднению и истощению, появлению возбудителей заболеваний и насекомых-вредителей. Это, в свою очередь, приводит к ухудшению условий, в которых развиваются растения.
Некоторые культуры при длительном выращивании на одном и том же месте способны вызывать существенные качественные изменения почвы. Так, постоянная высадка капусты на ту или иную площадку вызывает повышение уровня кислотности грунта. А на участке, где всегда растет лук, многократно возрастает риск появления нематод. Кроме того, некоторые растения активизируют вынос питательных веществ из почвы.
Продолжительное выращивание какой-либо определенной садово-огородной культуры на одном и том же участке может быть оправданным только при условии, что это не приводит к увеличению количества колоний вредителей и микроорганизмов, являющихся возбудителями болезней растений. Для того чтобы предотвратить это, лучше воспользоваться особым методом возделывания овощных и цветочных видов – севооборотом, или ежегодным чередованием культур.
Как известно, корневая система растений не только питает их надземные части, но и активно участвует в почвообразовательных процессах, улучшая микрофлору грунта, его структуру и физико-химические параметры. Таким образом, между почвой и растением существует прямая связь, заключающаяся в обмене питательными веществами при содействии влаги, света и тепла. Корни обладают способностью выделять в грунт органические компоненты, среди которых следует назвать кислоты органического происхождения, фенольные соединения, гормоны, сахара, витамины и ферменты.
Продолжительное возделывание на одном и том же участке растения определенного вида приводит к накоплению в почве колинов, которые ухудшают структуру и снижают уровень плодородия почвы. В большинстве случаев основной причиной обеднения грунта и снижения урожайности культуры становится накопление токсичных веществ, выделяемых самими растениями при длительном выращивании их на постоянной площадке.
К огородным видам, отличающимся повышенной чувствительностью к выделяемым ими токсинам, относятся свекла и шпинат. Меньшей степенью чувствительности обладают лук-порей, бобовые и кукуруза. Большое количество токсичных колинов выделяют сладкий перец, капуста, помидоры, морковь и огурцы.
Еще одной причиной, по которой следует использовать метод севооборота, является заселение площадок с постоянно высаживаемой той или иной садово-огородной культурой насекомыми-вредителями и возбудителями заболеваний. Особенно распространенными болезнями, возникающими вследствие возделывания одного вида растения на постоянном участке, считаются те, которые вызваны луковой и морковной мухой, листовой и корневой нематодой, а также возбудителей корневой гнили и корневой килы. Наиболее эффективным способом борьбы с ними считается севооборот.
Обычно вредители и возбудители болезней поражают представителей определенного семейства огородной культуры. В связи с этим не нужно, например, высаживать турнепс, редьку и редис на те грядки, где ранее росла капуста. При возникновении килы капусту рекомендуется высаживать на прежнее место не ранее чем через 6 лет после года заражения. На таком участке можно возделывать такие виды, представляющее другое семейство.
Севооборот позволяет защитить грунт от обеднения и вырождения, а растения от вредителей и болезней. Кроме того, такой метод земледелия способствует предотвращению выноса из почвы питательных компонентов. При этом необходимо знать, какие культуры способны максимально улучшать качество грунта.
Известно, что повышать плодородие почвы могут растения, имеющие хорошо развитую корневую систему, по которой полезные вещества поступают из глубинных почвенных горизонтов в поверхностные. Кроме того, они делают почву более рыхлой. Это особенно важно для тяжелых суглинистых и глинистых грунтов.
При выборе садово-огородных культур для обеспечения севооборота на участке можно воспользоваться табл. 12.
Севооборот - это научно обоснованное чередование сельскохозяйственных культур и паров на полях в течение определенного времени. Севооборот - основа системы земледелия.
Площадь, отведенную под севооборот, разбивают на несколько приблизительно равных участков - полей. В определенной последовательности согласно чередованию каждую культуру высевают на каждом из полей, и она проходит за время чередования (ротации) через все поля.
Значение севооборота в повышении плодородия почвы и урожайности сельскохозяйственных культур огромно.
Если на поле долгое время выращивают одну и ту же культуру, то в почве постепенно возникает недостаток того элемента питания, который больше всего потребляется растением. Происходит одностороннее истощение почвы. В севообороте чередуют растения с разной длиной корневой системы, которые используют питательные вещества различных почвенных горизонтов. Кроме того, растения неодинаково влияют на содержание в почве элементов питания. Горчица, овес, гречиха и некоторые другие растения с помощью корневых выделений переводят труднодоступные соединения фосфора в усвояемую форму. Бобовые культуры обогащают почву азотом.
Севооборот - агротехническое средство борьбы с болезнями, вредителями и сорными растениями. При чередовании культур для них создаются неблагоприятные условия, численность их снижается. Таким образом, севообороты повышают плодородие почвы, помогают рационально использовать её питательные вещества и вносимые удобрения. Повышается урожайность, улучшается качество продукции.
Севообороты различаются в зависимости от вида продукции: полевой (для получения зерна, технического сырья, например картофеля); кормовой, в том числе прифермский и сенокосно-пастбищный (для производства преимущественно сочных и грубых кормов, для выращивания трав на сено и для выпаса скота); специальный (для получения овощей, табака, конопли, эфирномасличных культур).
Севообороты различаются и по соотношению сельскохозяйственных культур и пара (не занятого в течение вегетационного периода поля): зернопаровой (зерновые занимают большую часть пашни, и имеется поле чистого пара); зернопаропропашной (чередуются пары, пропашные, зерновые культуры); зернопропашной (посевы зерновых чередуются с пропашными культурами и занимают половину и более площади пашни); плодосменный (зерновые занимают не более половины площади пашни и чередуются с пропашными и бобовыми культурами), травопольный (с многолетними травами).
Для борьбы с эрозией почвы вводят и осваивают почвозащитные севообороты. Например, для борьбы с водной эрозией в них значительную площадь занимают многолетние травы, отсутствуют пропашные культуры.
В зависимости от специализации хозяйства и почвенно-климатических условий используют различные севообороты. Например, в степных засушливых районах Сибири, Казахстана, Урала и Поволжья преобладают полевые зернопаровые и зернопаропропашные севообороты с короткой ротацией: 1 - пар чистый, 2–4 - яровая пшеница, 5 - ячмень, овес; 1 - пар чистый, 2–3 - яровая пшеница, 4 - кукуруза на силос, 5 - яровая пшеница, 6 - ячмень, овес.
В Краснодарском крае широко распространены зернопрбпашные севообороты с длинной ротацией: 1 - занятой пар (эспарцет), 2–3 - озимая пшеница, 4 - подсолнечник, 5 - озимая пшеница, 6 - кукуруза на силос, 7–8 - озимая пшеница, 9 - сахарная свекла, кукуруза на зерно, 10 - ячмень яровой с подсевом эспарцета.
Часто хозяйство имеет несколько севооборотов, в зависимости от специализации и почвенно-территориальных условий, т. е. образуется система севооборотов.
Проект системы севооборотов разрабатывается в хозяйствах одновременно с проектом внутрихозяйственного землеустройства, это важнейшая его часть.
При сельскохозяйственном использовании почвы без удобрения она постепенно истощается и урожаи падают. Это было отмечено еще в древности. Так, Тацит (I в. н. э.) писал, что германцы для посева растений каждый год меняют поля.
На юге России, в степной зоне, возникла «переложная» система, при которой более или менее тщательно обработанную целину несколько лет подряд засевали пшеницей, рожью или овсом, а после истощения запускали в перелог (залежь).
В России существовала также «огневая», или «подсечная», система земледелия, которую применяли в более северной зоне. Поваленные летом деревья и кустарники осенью «теребили». Годную древесину вывозили, а оставшуюся на поле сжигали. После использования почву в течение ряда лет оставляли на «отдых» для восстановления плодородия.
При увеличении народонаселения потребность в земельной площади возросла, и возникла система «ускоренного» отдыха почвы в виде так называемой трехполки, при которой чередовались пар (залежь), озимые и яровые культуры. Эту систему широко применяли до начала XX в., когда постепенно стали внедрять более сложные севообороты, сохраняющие плодородие почвы.
После Великой Октябрьской социалистической революции на смену трехполью пришли травопольная и плодосменная системы, включавшие посев травосмесей. При травополье травами занимают до 30-40% почвы, при плодосмене - 20-25 %. В каждой почвенно климатической зоне требуется свое чередование культур.
Целесообразность и даже необходимость введения севооборотов возникла, когда было установлено неблагоприятное воздействие на плодородие почвы длительного возделывания на поле одной и той же культуры. Ярким подтверждением этому служит опыт, заложенный Д. Н. Прянишниковым в ТСХА на дерново-подзолистых почвах. Средние урожаи сельскохозяйственных культур, полученные спустя 50 лет после начала опыта, приведены в таблице 17.
Совершенно очевидно, что в севообороте с клевером урожаи были значительно лучшие, чем при бессменных культурах.
Аналогичные данные были получены в многолетнем опыте, проведенном на черноземе Мироновского института селекции и семеноводства пшеницы, где опыт также продолжался около 50 лет. Урожайность озимой пшеницы при бессменной культуре без удобрений составляла 20 ц/га, с внесением навоза - 26,9 ц/га; в севообороте - 35,5 и 54,4 ц/га соответственно.
Крестьяне вполне оценили значение чередования культур и не зря сложили поговорку: «Хлеб по хлебу сеять - ни молоть, ни веять». Однако некоторые растения, например кукуруза и картофель, менее чувствительны к монокультуре. Иногда предшественник улучшает рост последующей культуры, что в значительной степени относится к бобовым культурам. Отмеченное явление, получившее в случае угнетения название «почвоутомления», известно давно. Еще в 1796 г. о нем писал Н. М. Максимович - Амбодик в работе «Первоначальные ботаники основания».
Как же предшественник может влиять на последующую культуру, и какая роль принадлежит микробиологическому фактору? Здесь мы встречаемся с комплексом явлений. Некоторые растения односторонне обедняют почву отдельными элементами питания. Под пропашными культурами почва не только истощается, но и ее структура существенно ухудшается. Не рекомендуется возделывать друг за другом сельскохозяйственные растения, имеющие общих вредителей, в том числе микробиологических.
О том, что утомление почвы может быть вызвано микроорганизмами, свидетельствует опыт Н. А. Красильникова. В колбы с агаризованной минеральной питательной средой были внесены семена клевера. В часть колб поместили небольшое количество «утомленной» почвы. Это вызвало быструю гибель проростков под влиянием микроорганизмов. Та же почва, но простерилизованная, неблагоприятного эффекта не давала (табл. 18).
Однако имеются и другие причины, определяющие влияние одного растения па другое, в частности химического характера. Это так называемое аллелопатическое действие растений. Термин «аллелопатия» был предложен немецким ученым Г. Молишем для определения химического воздействия одного растения на другое. Многие покрытосеменные растения способны вырабатывать те или иные токсические вещества, в том числе алкалоиды. Эти соединения не только аккумулируются в растительных тканях, но и частично выделяются в почву.
Отмеченное свойство присуще большинству культурных растений. Так, корневая система овса выделяет скополетин (вещество, близкое к кумарину), леи - ряд ароматических соединений (феруловую, гидрооксибензойную кислоты и т. д.), люцерна - алкалоиды, сахарная свекла - циклические соединения (гидрооксибензойную, кумаровую, феруловую, ванилиновую кислоты) и т. д.
Н. Г. Холодный, а затем другие исследователи установили, что аллелопатическое действие оказывают многие летучие соединения растений. Среди них имеются альдегиды, терпены, этилен, эфирные масла и т. д.
В пожнивных остатках культурных растений обнаружены некоторые вещества, токсически действующие на растения. В соломе злаковых растений к таким веществам относятся циклические соединения: кумаровая, гидрооксибеизойная, феруловая, сиреневая кислоты и др. Сильное аллелопатическое действие оказывают хиноны.
Г. Грюммер предложил называть вещества растительных организмов, оказывающие химическое воздействие на другие растения,
«колинами». В высоких концентрациях они угнетают рост растений, а в малых стимулируют.
Очевидно, научно обоснованное чередование культур должно строиться на учете аллелопатического фактора. Известно, что после сахарной свеклы плохо растет кукуруза, после овса резко падает всхожесть семян пшеницы, при вторичном посеве ячменя резко снижается его урожайность. Острое утомление почвы наблюдается при монокультуре сахарной свеклы, льна, гороха, клевера, люцерны, многих плодовых растений. Однако кукуруза, картофель, рожь, табак, виноград и некоторые овощи не испытывают угнетения в монокультуре.
Благоприятное влияние на последующие культуры, как правило, оказывают бобовые (особенно многолетние) растения в связи с тем, что они в симбиозе с клубеньковыми бактериями обогащают почву азотом. Это приводит к значительному повышению урожайности последующих культур. По данным Д. Н. Прянишникова, после того как в Европе были введены плодосменные севообороты с посевом клевера, средняя урожайность зерновых культур поднялась с 7 до 16 ц с 1 га. В ТСХА на дерново-подзолистой почве шестипольный севооборот с клевером однолетнего пользования позволил на протяжении 50 лет собирать урожай ржи 13,4 ц/га (без внесения минеральных удобрений). В том же севообороте, но без клевера было получено лишь 6,7 ц/га.
На черноземе Воронежской области в четырехпольном севообороте без бобовых растений и удобрения озимая пшеница давала около 20 ц/га. При использовании в севообороте однолетнего клевера урожайность повышалась до 25, а двулетнего клевера - до 28 ц/га. Такие урожаи устойчиво держались на протяжении 17 лет.
Общеизвестна высокая эффективность как предшественников хлопчатника люцерны и рапса. В значительной мере это связано с тем, что корневая система этих растений выделяет в почву соединения (алкалоиды и другие вещества), угнетающие возбудителей вилта хлопчатника. Помимо этого, люцерна обогащает почву азотом.
Большая эффективность бобовых культур как предшественников сельскохозяйственных растений показана и зарубежными опытными учреждениями. В таблице 19 приведены данные Ротамстедской 
Опытной станции (Англия), наглядно свидетельствующие об этом.
На основании экспериментальных данных Д. Н. Прянишников сделал вывод о значительно большей ценности в качестве предшественников бобовых трав чистого посева по сравнению с их смесями со злаковыми травами.
В заключение отметим, что в середине XIX в., когда после работ немецкого ученого Ю. Либиха стали широко использовать минеральные удобрения, нередко не принимали во внимание значение севооборотов. Сначала урожаи резко возрастали, но вскоре начинали снижаться даже при увеличении норм удобрений. Оправдалась точка зрения профессора Московского университета Я. А. Линовского, который указывал, что при решении вопросов плодородия почв следует учитывать не только минеральное питание растений, но и другие факторы, в том числе севооборот.