Историко-источниковедческая справка: Статья кандидата сельскохозяйственных наук В. Н. Пятницкого опубликована в 1981 году в тематическом межведомственном сборнике научных трудов БелНИИНТИ «Проблемы водных ресурсов». Работа представляет собой принципиальную методологическую ревизию популярного в советском почвоведении балансового метода оценки минерализации осушенных торфяников. Автор доказывает ошибочность зачета пожнивно-корневых остатков культурных растений в качестве «компенсации» убыли торфа, раскрывая их функцию как «аппарата возврата», и предлагает уточненную математическую модель с учетом биологической азотфиксации.
Первоисточник: Пятницкий В. Н. Балансовый метод учета убыли органического вещества торфа при возделывании сельскохозяйственных культур // Проблемы водных ресурсов : сб. науч. трудов / БелНИИНТИ. — Минск, 1981. — С. 127–130. Цифровой оригинал депонирован в Электронной библиотеке БГТУ.
Интенсивность минерализации органического вещества (ОВ) торфяно-болотных почв в значительной степени определяется характером их использования. Величина ежегодной минерализации и потерь органического вещества, приводимая разными исследователями, колеблется от 1 до 16 т/га.
Сущность балансового метода и критика компенсации
Существует много методов определения убыли органического вещества. Нами изучался балансовый метод [1], сущность которого заключается в учете расходных и приходных статей при минерализации торфа.
Убыль органического вещества традиционно определяется величиной отчуждаемой при уборке хозяйственно ценной части урожая (зерно, солома, корне- и клубнеплоды и т. д.) и непроизводительными потерями (с дренажными водами, ветровой эрозией, в форме летучих соединений и т. п.). Приходной статьей баланса принято считать корневые и пожнивные остатки, а также опад. Эти показатели приходной статьи вычитаются исследователями из общей убыли органического вещества.
Для идентификации статей баланса все операции опосредованы через азот. При этом обязательным методическим условием является неприменение азотных удобрений под возделываемые культуры, что гарантирует формирование всей биомассы исключительно за счет азота самой торфяной почвы.
«Мы полагаем, что в таком подходе ошибочным является учет в балансовых расчетах компенсации растительными остатками (корневыми, пожнивными, опадом).»
Растительные остатки как «аппарат возврата», а не компенсации
Детальный анализ статей баланса показывает, что органическое вещество, синтезируемое при возделывании культур на торфяных почвах, состоит из отчуждаемого урожая, биомассы корневых и пожнивных остатков, а также опада. Последние остаются в почве или поступают в нее при механической обработке.
Органическое вещество растительных остатков при невнесении в почву азотных удобрений формируется за счет азота, высвобождающегося в процессе минерализации органического вещества самого торфа (и растительных остатков предшествующей культуры). Азот органического вещества растительных остатков, возвращаясь в почву, лишь замыкает «малый» кругооборот азота и органического вещества. Растительные остатки служат при этом «аппаратом возврата» [2], а не источником внешней компенсации.
Таким образом, по балансу азота нет никаких оснований для учета «компенсации» убыли торфа за счет остатков возделываемых растений: азот торфа просто возвращается в почву вместе с органическим веществом растительных остатков.
Правда, масса растительных остатков, как правило, больше массы минерализованного торфа, пошедшего на их образование (из-за различного процентного содержания азота). Однако благодаря чрезвычайно интенсивной минерализации свежего органического вещества уже через 3–5 лет после запашки пожнивные и корневые остатки полностью разлагаются [3].
Поэтому при возделывании культур в полевом севообороте в среднем за ротацию в почве будет находиться постоянное количество свежего органического вещества, состоящего из растительных остатков 3–5 предшествующих лет. В количественном выражении из-за различной степени гумификации в связи с разной давностью нахождения в почве это примерно эквивалентно 1,5–2,5-летнему (средневзвешенному за ротацию) объему корневых и пожнивных остатков и опада (например, 100% остатков текущего года плюс неразложившиеся 50%, 25% и 0% соответственно каждого из предшествующих лет).
При длительном многолетнем сельскохозяйственном использовании торфяников это лабильное органическое вещество составляет ничтожно малую долю от суммарной многолетней сработки торфа, которой при расчетах можно вполне пренебречь.
Неучтенные приходные статьи: азотфиксация и атмосферные осадки
В то же время при традиционном анализе потерь торфа не нашел отражения целый ряд реальных приходных статей:
- Компенсация за счет азота, поступающего в почву и растения в результате метаболизма свободно живущих в почве микроорганизмов и клубеньковых бактерий (при возделывании бобовых культур);
- Поступление с атмосферными осадками (около 5 кг/га в год);
- Поступление с семенным посевным материалом (3–10 кг/га);
- Поступление с почвенной фауной и эоловым наносом (эти две статьи трудноучитываемы и играют несущественную роль).
Величина симбиотической азотфиксации клубеньковыми и свободно живущими микроорганизмами лабильна и напрямую зависит от внешних гидротермических условий. Принято считать, что на минеральных почвах бобовые растения до 2/3 своих потребностей в азоте покрывают за счет связывания атмосферного азота (коэффициент Гопкинса). Такая же доля атмосферного азота расходуется на построение биомассы растительных остатков бобовых и аккумулируется в пахотном слое:
- Для клеверо-тимофеечной смеси 2-го года пользования — около 60 кг/га;
- Для кормового люпина — около 40 кг/га в год;
- Для горохо- и викоовсяной смеси — около 20 кг/га в год.
При оценке баланса органического вещества торфяников целесообразно выполнять прямой количественный и качественный анализ остатков бобовых. Накопление азота свободно живущими микроорганизмами также вносит заметный вклад: по обобщенным многолетним данным Ротамстедской опытной станции (Англия), они способны аккумулировать в почве 60–100 кг/га азота, из которых 30–60 кг/га эффективно используется растениями [3].
Уточненная формула баланса органического вещества торфа
С учетом раскрытого круговорота азота и исключения мнимой компенсации, реальную убыль органического вещества при возделывании сельскохозяйственных культур на торфяных почвах (без внесения минерального азота) надлежит рассчитывать по формуле:
y — фактическая убыль органического вещества торфа, т/га;
C — вынос азота с отчуждаемой частью урожая (зерно, солома, сено, клубнеплоды), т/га;
H — непроизводительные потери азота (дренажный и поверхностный сток, ветровая эрозия, денитрификация и газообразные выбросы, механический унос с загрязненным урожаем корнеплодов — 15–20 кг/га и более), т/га;
K — реальная компенсация азота за счет посевного материала, диазотрофных микроорганизмов и атмосферных осадков, т/га;
P — процентное содержание общего азота в торфяной почве, %.
В случаях применения азотных минеральных удобрений величина компенсации корректируется с обязательным учетом коэффициента фактического использования удобрений растениями.
Агрономические выводы и приоритет луговодства
Корректный расчет баланса без азотных удобрений показывает, что при равных уровнях урожайности выбор тех или иных полевых культур сам по себе не обеспечивает кардинального снижения темпов минерализации торфа. Балансовый метод требует дифференциации и детального полевого изучения расходных статей, прежде всего непроизводительных потерь в дренаж и атмосферу.
Принципиальным фактором замедления минерализации выступает биология культуры. В отличие от пропашных и зерновых, многолетние травы формируют плотный войлок корневой массы, отмирающей в предзимний период при низких температурах, когда микробиологическая активность подавлена. Мощная приповерхностная дернина иссушает верхний 5–10-сантиметровый горизонт торфа, лишая микрофлору влаги и консервируя органику.
Однако любая распашка пласта многолетних трав немедленно провоцирует взрывную минерализацию. Чем короче луговой период в севообороте, тем слабее протекторный эффект трав. Только бессменное (длительное) луговое использование мелиорированных торфяников обеспечивает предельно возможное замедление их сработки и сохранение органогенного слоя Полесья.
Литература
- Гордийчук А. С. Влияние сельскохозяйственного использования и увлажнения на сработку глубокозалежных торфяников в Полесье УССР // Почвоведение. — 1978. — № 11.
- Титлянова А. А. Обменные процессы азота и зольных элементов в подсистеме почва — растения // О почвах Сибири. — Новосибирск: Наука, 1978.
- Станков Н. З. Корневая система полевых культур. — М.: Колос, 1964.