АГРОХИМИЯ, 2011, № 12, с. 4-20
ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ СТАТЬИ Здоровье почв
УДК 631.45:631.46
ДИАГНОСТИКА ЗДОРОВЬЯ И КАЧЕСТВА ПОЧВЫ* © 2011 г. А.М. Семенов1, В.М. Семенов2, А.Х.К. Ван Бругген3
1Московский государственный университет им. М.В. Ломоносова 119992 Москва, Ленинские горы, биологический факультет, Россия E-mail: amsemenov@list.ru 2Институт физико-химических и биологических проблем почвоведения РАН 142290 Пущино, Московская обл., ул. Институтская, 2, Россия 3Кафедра фитопатологии и Институт потенциальных патогенов Университета Флориды
Гейнсвилл, Флорида, США
Поступила в редакцию 30.05.2011 г.
Рассмотрены основные представления о качестве и здоровье почвы. Обсуждаются сходства и различия этих категорий ее комплексной оценки. Анализируются наиболее распространенные индикаторы качества и здоровья почвы. Вводится представление об олиготрофикации почв как способе оздоровления сельскохозяйственных нарушенных почв. Представлена концепция о нарушающих воздействиях и волнообразном развитии микробных популяций и микробных сообществ почвы, являющаяся основой поиска, разработки и применения динамических показателей здоровья почвы. Предложен способ и прибор определения параметра здоровья почвы. Способ сочетает в себе представления о стабильности и сопротивляемости почвенных микробных сообществ к нарушающим воздействиям.
Ключевые слова: качество почвы, здоровье почвы, индикаторы и параметры здоровья и качества почвы, почвенные микробные сообщества.
ВВЕДЕНИЕ
Проблема разносторонней диагностики почвы продолжает оставаться приоритетной и не решенной. Наиболее сложным компонентом в этой проблеме является не диагностика, а сама почва. В зависимости от того, что вкладывается в понятие почва, какими признаками, свойствами и категориями она характеризуется, какое направление развития видится в ее содержании и учитывается ли оно, формируются подходы к ее изучению, в том числе и диагностике.
Почва характеризуется разнообразными свойствами и функциями [1]. Современная почва - это продукт длительных динамических микробно-растительных взаимодействий с неживой частью природы, ее геолого-минералогическим и климатическим компонентами, в связи с чем она характеризуется разнообразными типами и режимами. В почве происходят физико-химические и биологические процессы, в том числе циклы элементов
* Исследования поддержаны: NWO-РФФИ, грант № 047.017.011; грант Erasmus Mundus External Cooperation project IAMONET-Russia for A.H.C. van Brüggen in 2008 and to A.M. Semenov in 2010.
и циклы микроорганизмов. Благодаря совокупности физико-химических и биологических процессов почва обладает выраженными буферными способностями в отношении разных нарушающих воздействий, способна производить питательные вещества для обитающей в ней биоты, является одним из источников биоразнообразия [2].
При характеристике почв широко используют данное в свое время В.Р. Вильямсом представление и определение почвенного плодородия, которое, безусловно, никогда не потеряет своей актуальности. В работе [3] отмечено, что "... плодородие почвы сложилось как потребительская категория со всевозможными пожеланиями..". Хотя в настоящее время и предпринимаются попытки расширить и наполнить термин "плодородие почвы" новым содержанием, было бы правильнее оставить за ним его историческую суть - удовлетворение потребности растений, а представления, основанные на комплексе современных научных достижений, группировать и выражать другими категориями.
Одной из таких категорией, отражающей в первую очередь содержание и состояние неживой,
органо-минеральной составляющей почвы, является качество почвы. Из-за безусловного количественного преобладания абиотического компонента в почве при характеристике этой минерально-органической составляющей, доминирующее положение получили физико-химические представления, подходы и используемые методы. Однако за образование органического вещества почвы и круговорот неорганических, особенно биофильных элементов почвы, и множество других свойств и функций почвы ответственен именно микробно-растительный компонент. Среди множества характеристик биологического компонента почвы следует особенно подчеркнуть его самовоспроизводимость, самообеспечение и динамичность.
Современной категорией, которая достаточно полно и емко характеризует состояние биологического компонента почвы, учитывает его характеристики, связь с неживой составляющей почвы и с живыми системами, является здоровье почвы. Здоровье почвы - это междисциплинарная теоретико-практическая концепция, синтезирующая знания и опыт земледелия, агрохимии, агрономии, почвоведения, почвенной микробиологии, экологии микроорганизмов и общей экологии. Именно на фундаменте трех последних дисциплин произошло понимание и создание концепции здоровья почвы, а перечисленные первыми - это заказчики и потребители теоретических и поисковых разработок.
Проблема качества и здоровья почвы во многом связана с неблагополучным состоянием земель сельскохозяйственных угодий [4]. Качество почвы, здоровье почвы и почвенное плодородие имеют одно направление - познание почвы, объективное управление процессами, протекающими в почве, эффективное использование почвы, получение экологически оптимальной, биохимически полноценной и гигиенически чистой продукции, безопасной для потребления человеком и животными. Здоровая, качественная продукция -это здоровье потребителя. Нездоровая система не может произвести здоровой, качественной продукции. Именно в связи с этим рассматриваются представления о качестве и здоровье почвы - залога качества и здоровья продукции и потребителя. Вместе с тем, оценка качества и здоровья почвы производится не только с целью определения пригодности почвы к использованию, но и для выявления скрытых функциональных нарушений, позволяющих заблаговременно предотвращать необратимые изменения, ведущие к деградации почвы, для выбора комплекса мер по эффективному и рациональному ее использованию, а в необходимых случаях - ее ремедиации.
Цель работы - показать возможность количественного определения параметров здоровья почвы и продемонстрировать тот факт, что такие проблемы решаемы, если используются фундаментальные законы и концепции, согласно которым функционируют такие сложные экосистемы как почва.
КАЧЕСТВО ПОЧВЫ
Концепции качества и здоровья почвы начали формироваться в 80-90-х годах ХХ века [5]. Исходно здоровье почвы рассматривали как составную часть качества почвы. Качество почвы определяли как набор физических, химических и биологических свойств, которые обеспечивают среду для роста растений, регулируют и осуществляют водораздел в экосистеме и служат природным буфером для вредных веществ и реактором деградации последних [6] или как свойство выполнять индикаторные функции, выявляя изменения в способности почвы производить оптимальное количество здоровой и питательной продукции и поддерживать структурную и биологическую интегрированность [7]. Несколько позже [8] определили качество почвы как способность функционировать в границах землепользования, поддерживать качество окружающей среды и способствовать здоровью растений, животных и человека. Наибольшее распространение получило определение качества почвы, предложенное в работе [9] и Американским обществом почвоведов [10], как "способность определенного вида почвы функционировать в пределах естественных или используемых границ экосистемы, обеспечивать продуктивность растений и животных, поддерживать или улучшать качество воды и воздуха и поддерживать здоровье человека и его среду обитания". Такое определение с некоторыми вариациями повторялось во многих работах [11-18]. Приведенное определение охватывает не только физико-химические и биологические свойства почвы, но и социально-экономические, потребительские характеристики. Однако такое интегральное, холистическое определение качества почвы [19] устраивало далеко не всех исследователей. Доран вкладывал в содержание термина качество почвы ее способность выполнять определенную функцию, а в термин здоровье почвы (ЗП) - всеобщее состояние почвы, что гораздо шире [15, 20, 21]. Другие специалисты считали, что качество почвы является отражением ее физико-химических характеристик, а здоровье определяется ее биологическими компонентами и свойствами, и поэтому качество почвы следу-
ет рассматривать как составляющую ЗП. Кроме того, социально-экономическая или потребительская характеристика почвы применима фактически только для почв агросистем, но не почв природных экосистем, т.к. стратегии их развития различаются [22-24].
Качество почвы как интегральная характеристика сама по себе не имеет какой-либо размерности и поэтому включает длинный ряд частных параметров, чувствительных к воздействиям на почву и отображающих изменения ее свойств, режимов и функций. При этом, несмотря на многочисленные исследования, до сих пор не ясно, какие почвенные характеристики могли бы лучше всего служить индикаторами качества почвы: именно индикаторами, а не их переменными. Изменение, а тем более деградация качества почвы, может быть следствием, например, приобретения щелочности или кислотности, засоления, переувлажнения или иссушения, чрезмерного уплотнения, дезагрегации и разрушения структуры, потери элементов минерального питания или органического вещества, загрязнения неорганическими или органическими поллютантами. Большинство из этих явлений легко детектируются визуально или с помощью несложной техники [25]. В качестве характеристик, отражающих качество почвы, предложены и экспериментально обоснованы разные показатели, например, структура почвы, пористость, цвет, поверхностная комковатость, устойчивость к ветровой и водной эрозии, электропроводность, рН, мощность гумусового горизонта, физическая плотность почвы, содержание почвенного органического вещества (ПОВ), углерода микробной биомассы [19]. Помимо перечисленных характеристик для отображения качества почвы предложено определять влажность, влагоемкость и водофильтрующую способность почвы, почвенное поровое пространство, плотность, температуру, рН, электропроводность, а также
Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.