НАСТОЯЩЕЕ И БУДУЩЕЕ САМОЙ ПЛОДОРОДНОЙ
ПОЧВЫ
Доктор биологических наук Андрей СМАГИН, профессор факультета почвоведения Московского государственного университета им. М.В. Ломоносова, заведующий лабораторией управления круговоротом вещества и потоками энергии в педосфере Института экологического почвоведения МГУ
В степях и лесостепях Евразии, в прериях Северной Америки и некоторых других регионах мира распространены уникальные почвы, обладающие сверхмощными гумусовыми горизонтами. Это — черноземы, общепризнанный эталон плодородия. Сегодня они составляют более 15% обрабатываемых человеком земель, хотя утратили почти треть своего органического вещества по сравнению с уровнем XIX в. В чем причины такой деградации и можно ли переломить опасную тенденцию?
Черноземы занимают площадь 2,3-106 км2, что составляет около 2,5% биологически продуктивных земель земного шара. Их масштабное освоение под производство зерновых культур как на Евразийском, так и на Североамериканском континентах началось, по-видимому, в конце XVIII — начале XIX в. в связи с развитием крепостного помещичьего землевладения в Российской империи и невольничьего плантаторства (фермерства) в США. В настоящее время эти территории распаханы или
заняты пастбищами, лишь в заповедниках сохранились небольшие участки первозданной дикой степи (прерии).
Черноземы не случайно признаны вершиной бони-тировочной шкалы качества почв: их гумусово-акку-мулятивные горизонты, мощностью более 1 м, обладают стабильной зернистой структурой и при этом нейтральной или слабощелочной реакцией среды (рН), емкостью поглощения до 35—55 моль/кг, содержанием гумуса свыше 8—10% — свойствами, обеспе-
Участок целинной разнотравно-злаковой Стрелецкой степи. Центрально-Черноземный государственный природный биосферный заповедник им. В.В. Алехина (Курская область). Фото Всероссийского научно-исследовательского института земледелия и защиты почв от эрозии
чивающими беспрецедентно высокое плодородие. К сожалению, сегодня мы наблюдаем их повсеместную деградацию: уровень содержания органического вещества, зафиксированный в конце XIX в. великим русским ученым, основателем генетического почвоведения Василием Докучаевым, проведшим фундаментальные исследования и обобщившим полученные результаты в книге «Русский чернозем» (1883), ныне снизился более чем на 30%. Разумеется, эта утрата не прошла бесследно.
ОТ ЦЕЛИНЫ -
К АГРАРНЫМ ЭКОСИСТЕМАМ
В начале 1990-х годов доктора сельскохозяйственных наук Наталья Сорокина и Борис Когут из Почвенного института им. В.В. Докучаева провели детальный мониторинг динамики гумусного состояния черноземов с учетом пространственного варьирования и выявили: за 20 лет содержание в них органического углерода статистически достоверно уменьшилось на 0,3—0,6%. Это в целом соответствовало сведениям о суммарных потерях этими почвами гумуса в 1—3% за предшествующие 70—100 лет, опубликованным в 1996 г. докторами Майком Брид-жесом из Международного центра информации о почвах (Нидерланды) и Нильсом Батжесом из Университета Вагенинген (Нидерланды). Сегодня метод математического моделирования позволяет уточнить скорость обнаруженного коллегами негативного процесса.
Мы воспользовались оригинальной моделью динамики гумусового профиля черноземов, учитывающей процессы поступления органического вещества из наземных и корневых остатков растений, особенности его «транспортировки» и разрушения (биодеструкции), и проанализировали динамику этих почв на примере наиболее распространенных на территории бывшего СССР и разносторонне изученных зональных подтипов. А именно: черноземов оподзо-ленных, выщелоченных, типичных (они приурочены к северной, центральной и южной лесостепи) и обыкновенных (распространены в северной части степной зоны).
Итак, обратимся к закономерностям углеродного бюджета интересующих нас почв и в первую очередь оценим размеры поступления в них гумифицирован-ного углерода (С) из растительности. Мы воспользовались результатами стационарных исследований круговорота этого элемента в обыкновенных черноземах заповедной степи, разнотравно-типчакового пастбища и агроценоза озимой пшеницы. Что же оказалось? Доля новообразованных гумусовых веществ под естественными травянистыми сообществами не превышает 4,3—4,9% от поступивших за год растительных остатков. Близкий результат — 0,6—4,7% — получили в опыте 1998 г. доктор биологических наук Дмитрий Орлов и Ольга Бирюкова с факультета почвоведения МГУ им. М.В. Ломоносова. Используя верхнюю границу данного диапазона (4,7%) в качестве характерной величины, мы провели расчеты и установили: в
Поступление гумусовых веществ из растительных остатков в разных типах черноземов: 1 — из корней, 2 — из наземных частей растений, 3 — общее поступление, 4 — использованные при моделировании значения;
Н„ Нб, — шкалы измерения общего (Ц и дифференцированного по источникам (б) поступления органических веществ.
направлении с юга на север (т.е. от обыкновенных к оподзоленным черноземам) значительно увеличивается поступление гумуса из наземного опада и несколько снижается мощность «корневого источника».
Далее мы предложили модель формирования черноземов, имитирующую аккумуляцию и распределение гумуса при развитии почвы из материнской породы до современного целинного ее варианта на заповедных степных и лесостепных участках. Разумеется, эти построения справедливы только для классической, естественно-наземной концепции происхождения «царя почв»*, впервые сформулированной в 1763 г. великим русским естествоиспытателем Михаилом Ломоносовым, а позже поддержанной ботаником, академиком Петербургской АН с 1853 г. Францом Рупрехтом (1866) и доработанной Василием Докучаевым. Наше исследование показало: на формирование чернозема, сопровождающееся проникновением органического вещества до глубины 1,5 м и ниже, требуется не менее 2—3 тыс. лет! И лишь тогда его профиль приходит в равновесное (стационарное) состояние, т.е. процессы поступления, перераспределения и деструкции органики сбалансированы. Причем половина накопленного гумуса образуется за период порядка 500—1000 лет, что соответствует данным радиоуглеродной датировки.
*Василий Докучаев назвал черноземы «царем почв» и обосновал естественно-наземную гипотезу их происхождения. Согласно ей, черноземы сформировались в результате тесного взаимодействия травянистой растительности, климата, рельефа местности, материнской породы и других факторов почвообразования (прим. ред.).
Итак, лучшие почвы мира формировались в течение нескольких тысячелетий, уступая по темпам аккумуляции и запасам органического углерода только болотным экосистемам. Быстрее всего развивается гумусовый профиль у выщелоченных и оподзоленных черноземов, распространенных в лесостепи, где очень высока биопродуктивность, а значит ежегодно в поверхностный слой поступает много растительных остатков — концентрация гумуса за период около 100 лет достигает здесь 40—60 кг/м3. У обыкновенных и типичных подтипов показатель скромнее — около 20 кг/м3. По этим цифрам можно судить об эффективности использования травопольных севооборотов или выведения земель из сельскохозяйственного оборота (залежь) для восстановления истощенного «царя почв».
Получив расчетные данные для естественных экосистем, мы моделировали деградацию исследуемых почв при вовлечении их в сельскохозяйственное производство. И пришли к заключению: на обыкновенных черноземах общая биопродуктивность агроцено-за озимой пшеницы более чем в 6 раз ниже по сравнению с растительностью заповедной степи и втрое меньше, чем у разнотравно-типчакового пастбища. Соответственно, при распашке целины и выращивании пшеницы количество ежегодно образующегося гумуса уменьшается примерно втрое, а мощность «корневого источника» — в 3,7 раз. Аналогичные результаты в ходе многочисленных натурных экспериментов получил доктор биологических наук Валерий Кирюшин из Российского государственного аграрного университета им. К.А. Тимирязева — по его
Моделирование формирования черноземных почв в естественных условиях степи и лесостепи. Подтипы черноземов: А — обыкновенные, В — типичные, С — выщелоченные, D — оподзоленные.
—10 лет so loo—200 500 —юоо 2000 —зооо —стационар о целина
данным, при возделывании зерновых культур поступление растительных остатков в почву снижается в 3—6 раз по сравнению с целинным вариантом. Анализ имеющихся материалов и соответствующие расчеты позволяют сделать вывод: после освоения черноземов (независимо от подтипа) темпы поступления гумусовых веществ в их профиль снижаются в среднем в 4 раза.
БЫСТРОЕ ОБНИЩАНИЕ «ЦАРЯ ПОЧВ»
Далее мы рассчитали динамику гумусовых профилей черноземов, вовлеченных в сельскохозяйственное производство до момента их равновесного (или стационарного) состояния, соответствующего четырехкратному уменьшению притока органического вещества, и получили прогноз их антропогенной деградации. Согласно ему, существенное снижение концентрации органического углерода в верхних горизонтах почвы (от 17—30 кгС/м3 в обыкновенных и типичных и до 40—50 кгС/м3 в оподзоленных и выщелоченных подтипах) наблюдается уже через 100—200 лет после начала ее эксплуатации. Если же представить означенные потери в относительных единицах, то картина такова: в обыкновенных и типичных черноземах содержание гумуса падает на 20—30% от исходного уровня, в оподзоленных и выщелоченных — на 40—60% и более.
Приведенные расчетные оценки близки к экспериментальным данным многих исследователей: в Курской области черноземы типичные за 60 лет их использования под пашню потеряли 20—30% гумуса, южные и обыкновенные черноземы Зауралья, Сибири и Казахстана за несколько десятков лет утратили 10—20%, а оподзоленные и выщелоченные — 30—40% органического вещества. Та же ситуация наблюдается и у лугово-черноземных почв Северной Дакоты — 20—40% потерь за 40—70 лет, и у черноземных и каштановых почв канадских прерий, вовлеченных в сельское хозяйство с зернопаровыми севооборотами, — 50—60% гумуса утрачено за 60—70 лет.
Получается, что реальный уровень деградации иногда даже превышает наши расчетные величины; это, вероятнее все
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.