Агроэкологическое значение севооборотов

17.12.2015

Любой севооборот рассматривается как важнейшее средство успешного подбора и размещения сельскохозяйственных культур во времени и пространстве. Одновременно состав и схема чередования культур в севообороте выступают в качестве важнейшего средства биологизации и экологизации всего технологического цикла, порядок реализации которого зависит от конкретно складывающихся почвенно-климатических, погодных и экономических условий (влагообеспеченности, фитосанитарной ситуации, конъюнктуры рынка и пр.). Поскольку севооборот включает продукционную, средоулучшающую, фитосанитарную и экономическую функции, он изначально в своей основе должен быть динамичным (по составу культур и сортов, технологиям их возделывания и пр.). При этом важная роль отводится уплотняющим, покровным, промежуточным и подкосным культурам, главная задача которых - обеспечить максимальное по продолжительности покрытие почвы растительностью, что позволяет уменьшить водную и ветровую эрозию, обогатить почву органической массой, подавить сорняки и пр.
В системе адаптивного растениеводства меж- и внутрихозяйственное землеустройство - важнейшее средство эффективного использования местных почвенно-климатических ресурсов, адаптивного потенциала культивируемых видов и сортов растений, а также техногенных факторов интенсификации (сельскохозяйственных машин, удобрений, мелиорантов, пестицидов, орошения). Однако реализовать эти возможности удается лишь в том случае, если поля севооборота объединяют относительно однородные по почвенно-микроклиматическим характеристикам территории, а схема ротации учитывает адаптивные и адаптирующие особенности возделываемых видов и сортов растений.
Основная агробиологическая роль севооборота состоит в том, чтобы обеспечить оптимальные соотношения в системе «растение - среда», т.е. соответствие во времени и пространстве адаптивного потенциала культивируемых видов и сортов особенностям почвы, погоды, микроклимата и агротехники, оказывающим решающее влияние на величину и качество урожая. Под действием неравномерно распределенных факторов абиотической среды значительно усиливается мозаичность распределения сопутствующих биотических компонентов (сорной растительности, вредителей, возбудителей болезней, микрофлоры и др.). Регулируемый возврат, или смена культур во времени на каждом поле севооборота, ставит своей целью оптимизацию не только системы «хозяин - паразит», но и плодородия почвы. Нарушение этого принципа приводит к массовому поражению агроценозов болезнями и вредителями, угнетению растений и т.д. Так, переход к монокультуре или севооборотам с короткой ротацией значительно усиливает вероятность заболеваний растений, вызываемых почвенной инфекцией (корневыми гнилями, фузариозом, септориозом, мучнистой росой, головней и др.). Например, возврат подсолнечника на прежнее поле раньше, чем через 5-7 лет, приводит в хозяйствах Краснодарского края к поражению 80% растений фузариозом и снижению урожайности на 40-50%.
Роль формирования видовой структуры севооборота особенно велика при использовании в интегрированной системе защиты растений биологических средств. В частности, речь идет о посеве нектароносных культур, выращивании культур-хозяев для энтомофагов, использовании агротехнических приемов, разрывающих непрерывный цикл развития вредных видов (сохранение стерни и пр.) и т.д. В настоящее время в качестве средств защиты все шире используют бактериальные и вирусные препараты, грибы, обладающие гиперпаразитической и антибиотической активностью, а также биологически активные вещества (гормоны, феромоны, ингибиторы синтеза хитина и пр.).
Поддержание и повышение плодородия почвы - одна из главных функций севооборота, реализация которой обеспечивается за счет правильного подбора культур и оптимальной схемы их чередования (ротации) или сочетания. При этом важно учитывать, что каждая культура в севообороте выполняет свою специфичную роль не только в качестве предшественника (определяя запасы NРК, гумуса и пр.), но и фитосанитарную, а также противоэрозионную. Схема севооборота (его территориальная организация, набор культур и их ротация) строится с учетом почвенно-климатических и погодных условий каждой местности. Так, по данным Innis, в штате Огайо (США) урожайность в севообороте (кукуруза - пшеница - люцерна) была в 3 раза выше, чем при монокультуре, а возделывание кукурузы в смеси с люцерной и овсяницей повышало урожайность кукурузы в 2 раза. Аналогичные результаты были получены и в Англии, где урожайность райграса в смеси с бобовыми по сравнению с чистым посевом возросли в 2-3 раза. Возделывание райграса в смеси с сераделлой посевной, клевером и горохом увеличивало его урожайность соответственно на 88, 120 и 222%. За счет запашки клевера, бобовой смеси и вики мохнатой в условиях Германии прирост запасов азота на каждый гектар составил соответственно 34, 43 и 90 кг. В то же время роль севооборота для различных культур оказывается разной. Например, в США, где пшеница и кукуруза почти не поражаются почвенными патогенами, главное преимущество севооборота типа кукуруза - овес - клевер или кукуруза - пшеница - овес - клевер, по мнению Loomis, состоит в обогащении почвы азотом, борьбе с сорняками, равномерном распределении трудовых затрат в течение сезона.
Исключительно велика роль севооборота в поддержании экологического равновесия в агробиогеоценозе, существенно влияющего на уровень естественного и эффективного плодородия почвы. Известно, что такие показатели биологической активности почвы, как скорость нитрификации и азотфиксации, разложения целлюлозы, гумусообразования и др., зависят от деятельности почвенной микрофлоры и мезофауны, состав и численность которых формируется под влиянием возделываемых растений. Так, зерновые культуры сплошного сева способствуют более активному развитию микроорганизмов, участвующих в превращениях органических и минеральных соединений азота, а пропашные формируют микробный состав, быстрее разлагающий труднодоступные соединения типа гумусовых веществ и т.д. Специфическое влияние возделываемых культур сохраняется и при выращивании последующих культур в севообороте. На основе данных по численности и видовому составу почвенной фауны можно судить и о плодородии почвы. Установлено, например, что урожайность зерновых культур на удобренных и содержащих значительно большее количество беспозвоночных по сравнению с неудобренными почвами была в 3 раза выше. Аналогичные различия были получены Гиляровым на примере двух типов почв Подмосковья. На землях высокого и среднего плодородия обычно используют травянопропашные, травяно-зерно-пропашные и зерно-травяные севообороты, включающие многолетние травы (бобовые и бобово-злаковые смеси), зерновые и другие культуры.
Если в условиях монокультуры неизбежно одностороннее использование минеральных элементов, то при чередовании культур в формирование урожая вовлекаются элементы питания разных горизонтов почвы, поддерживается ее минеральный баланс. Показано, например, что сахарная свекла, кукуруза, подсолнечник, овощные культуры с урожаем выносят много калия. У разных видов растений неодинакова отзывчивость на условия питания, а также скорость поступления различных соединений.
Необходимо учитывать не только почвозащитные и почвоулучшающие свойства сельскохозяйственных культур, но и реакцию культивируемого вида на степень смытости почвы. Так, на среднесмытых черноземах урожайность сахарной свеклы снижается на 60-70%, злаковых - на 40-50%, а зернобобовых - на 10-20%. Поэтому наиболее эрозионно-опасные поля должны как бы выпадать из общей схемы ротации, и на них следует использовать не только особые конструкции агроценозов (видовой состав), но и агротехнику.
Существует классификация севооборотов по степени их почвозащитной эффективности. Общепринято, что, чем выше доля пропашных культур, тем выше эрозионная опасность территории. Это, в свою очередь, и указывает на необходимость выделения агроэкологически однотипных участков с определенным соотношением возделываемых культур (при склонах до 1° - пропашные могут занимать до 70-80%, а на склонах выше 5° - лишь культуры сплошного сева). Очевидно, что только после использования всего почвоохранного потенциала культивируемых видов растений целесообразно прибегать к реализации техногенных противоэрозионных мероприятий (террасирование, почвоуглубление, глубокое полосное рыхление, валкование, лункование, глубокое щелевание и пр.). При этом важно знать коэффициенты эрозионной опасности севооборотов и отдельных культур (как соотношение смыва под конкретной культурой к смыву на пару). Считается, что наибольшую защиту почв от эрозии обеспечивают многолетние травы, затем однолетние сплошного сева и хуже всего пропашные. Особенно большую роль состояние растительного покрова играет в эрозионно опасные периоды: сток талых вод, выпадение дождевых осадков и пр. Заметим, что эрозионные процессы обладают свойством самоускорения. Многолетний и крупномасштабный опыт США показывает, что без предотвращения эрозии все остальные мероприятия (новые сорта, удобрения и пр.) безрезультатны.
Понимание катастрофических последствий эрозии почвы потребовало принятия решительных и крупномасштабных действий. Так, за период с 1932 по 1982 г., наряду с проведением крупномасштабных противоэрозионных мероприятий и принятием соответствующих законов, в США была существенно изменена структура посевных площадей за счет увеличения доли почвозащитных культур. В результате площади под кукурузой уменьшились с 41,6 млн до 33 млн га, хлопчатником - с 16,4 млн до 4,0 млн га, тогда как посевы сои увеличились с 0,32 млн до 28,7 млн га, сорго зернового - с 2,8 млн до 5,8 млн га, озимой пшеницы - с 16,0 млн до 23,6 млн га, а площади под травосмесями и соей в общей структуре посевных площадей возросли с 20,5 до 39,2%. Другими словами, произошло резкое повышение относительной доли почвоулучшающих, почвозащитных и эрозионно-безопасных культур. Кроме того, в США с целью «оздоровления» пахотных земель только за 1967-1975 гг. из пашни в пастбища были переведены 21,5 млн га, а из пастбищ в пашню - 13,0 млн га, что, согласно оценкам службы охраны почв США, позволило уменьшить потери почвы более чем в 3 раза.