Управляемое плодородие

На X Международном конгрессе почвоведов, состоявшемся в 1974 году в Москве, был подведен баланс земельных ресурсов планеты. Общая площадь потенциально пригодных для земледелия почв в мире - 3,2 миллиарда гектаров, обрабатывается 1,5 миллиарда. На каждого человека при нынешней средней урожайности требуется 0,4-0,5 гектара земли для производства пищи, около 0,1 гектара под жилье, дороги и другие несельскохозяйственные нужды. В 1974 году население Земли составляло 4 миллиарда. К 2000 году ожидается двухмиллиардный прирост. Это означает, что понадобится еще один миллиард гектаров - в том случае, если не будут расти урожаи.

Следовательно, уже в начале XXI века человечество исчерпает земельные ресурсы, пригодные для пахоты. И тогда единственным способом увеличить количество продуктов питания станет интенсивное земледелие, позволяющее с единицы площади пашни получить больше сельскохозяйственной продукции. Практически это возможно, если уже сегодня систематически увеличивать плодородие почвы. И здесь ведущая роль принадлежит удобрениям. Вот почему в практике мирового земледелия, в том числе и в нашей стране, производству и применению минеральных удобрений уделяется столь пристальное внимание.

Об интенсивном развитии земледелия еще в 1915 году Владимир Ильич Ленин писал: "Это означает технические изменения в земледелии, интенсификацию его, переход к высшим системам полеводства, усиленное употребление искусственных удобрений, улучшение орудий и машин, рост употребления их..."

На октябрьском (1984 года) Пленуме ЦК КПСС принята долговременная программа мелиорации, реализация которой во многом обеспечит создание устойчивого, неподвластного непогоде сельского хозяйства. За годы Советской власти сделано было немало. Достаточно сказать, что только в РСФСР протяженность каналов на мелиорированных землях превышает 400 тысяч километров - это больше, чем расстояние от Земли до Луны!

В каждом звене народного хозяйства есть изначальная основа, которую, по образному выражению журналистов, зачастую именуют "хлебом" отрасли. У самого хлеба, который всему голова, "хлеб" - земля, хорошо ухоженная, удобренная, снабженная достаточным количеством влаги.

Есть удобрения органические, есть минеральные. В течение тысячелетий для повышения плодородия пахотных земель использовались послеуборочные остатки, такие, как солома, а также естественная растительность и экскременты животных - основа для приготовления органических удобрений. Мергель и другие известковые материалы применялись уже в Римской империи для обеспечения культур кальцием и улучшения физических свойств почвы.

То были единственные удобрения, применявшиеся до начала XIX столетия, когда впервые использовали природные отложения натриевой селитры и кости животных. При растворении костей в серной кислоте содержащийся в них фосфат переходит в водорастворимую форму и образуется суперфосфат. Этот процесс, разработанный Лоозом на Ротамстедской опытной станции в 1840-х годах, положил начало производству химических удобрений. Они намного превосходят по своей эффективности органические, и, пользуясь ими, земледелец резко уменьшил зависимость урожая от почвенных запасов питательных веществ.

Впрочем, это вовсе не означало, что химия полностью заменит органику. А. Н. Энгельгардт, начавший одним из первых в России работать с минеральными удобрениями, в своей книге "Из деревни. 12 писем" (ее много раз цитировал в своих произведениях В. И. Ленин) еще в 1881 году писал: "Химическая теория совершенно верна. Истощенные почвы могут быть исправлены удобрением, но к удобрению искусственными туками можно прибегнуть только вовремя, при известном состоянии культуры... искусственные туки не исключают удобрение навозом, они должны быть употребляемы вместе с навозом для усиления его действия... Конечно, можно составить тук, так называемое полное удобрение, который может заменить навоз на хорошо обработанной почве, но невозможно было бы достать материалов для приготовления туков в том количестве, какое бы потребовалось".

Рассуждения А. Н. Энгельгардта были абсолютно верными. Но требования нынешнего века породили индустрию минеральных удобрений. К началу второй мировой войны сельское хозяйство планеты использовало девять миллионов тонн питательных веществ для растений (в пересчете на 100-процентное содержание азота, фосфора, калия), а в 1985 году только в нашей стране их будет произведено примерно вчетверо больше.

Столь резкое увеличение производства туков вызвано необходимостью преобразования сельского хозяйства. Появились новые интенсивные сорта культур, химические средства для борьбы с сорняками, вредителями и болезнями растений, на поля пришла мощная техника, разработаны новые системы земледелия - все это сильно увеличило потенциал сельскохозяйственного производства. Однако даже при наличии таких серьезных перемен невозможно было бы добиться высоких сегодняшних урожаев без минеральных удобрений.

В среднем за 10-ю пятилетку ежегодно в земледелии использовалось 18,1 миллиона тонн минеральных удобрений; за счет них дополнительно получено 32 миллиона тонн зерна, 26 миллионов тонн сахарной свеклы, 9 миллионов тонн картофеля и другой сельскохозяйственной продукции - всего на сумму 10 миллиардов рублей.

Чистый доход от применения минеральных удобрений составил 4,1 миллиарда рублей, окупаемость одного рубля затрат за счет дополнительной продукции - 2,17 рубля. Дополнительное применение каждой тонны минеральных удобрений в 11-й пятилетке должно дать не менее 4,4 тонны зерна или другой продукции в переводе на зерно.

Расширенное воспроизводство почвенного плодородия чрезвычайно важно само по себе. Но оно дает результат, если включено в хорошо продуманную сбалансированную систему земледелия, где одинаково значимы сорт, севооборот, техника, культура механизатора, работающего на земле.

Высокоурожайные и высокоиммунные сорта сельскохозяйственных культур, и прежде всего зерновых, способных противостоять вредителям и болезням, вынести капризы погоды, крайне необходимы для интенсивного земледелия.

Чтобы картина стала более ясной, рассмотрим обширный нечерноземный регион нашей страны - Нечерноземную зону РСФСР, Белоруссию, Прибалтийские республики и Полесье Украины.

Площадь сельскохозяйственных угодий Нечерноземья европейской части СССР составляет около 70 миллионов гектаров, в том числе 47,4 миллиона гектаров пашни. Нечерноземье занимает видное место в сельскохозяйственном производстве страны. Только в Нечерноземной зоне РСФСР сосредоточено почти пять тысяч колхозов и более четырех тысяч совхозов. Значение этой зоны в решении Продовольственной программы трудно переоценить.

На две тысячи километров с запада на восток и полторы тысячи с севера на юг протянулся древний край земли российской - Нечерноземье, лежащий "на худых" почвах - сильнокислых, бесплодных.

Сегодня здесь растут новые, преображаются старые города и поселки, заметно повысилась урожайность сельскохозяйственных культур.

Опыт земледелия Белоруссии и Прибалтийских республик показывает, что для этой зоны реальны устойчивые урожаи зерновых, превышающие 40 центнеров с гектара, картофеля - 350 центнеров, 400 центнеров и более - корнеплодов. Но это возможно, если упорно и систематически улучшать землю, удобрять ее, повышать плодородную силу. Около 8 миллионов гектаров сельскохозяйственных угодий региона уже осушены. Построены современные мелиоративные системы с орошением. Созданы системы двойного действия - осушительно-оросительные.

Но чтобы еще более активно воздействовать на почвообразовательный процесс, необходимы удобрения. За 15 лет каждый гектар интенсивно используемых сельскохозяйственных угодий западного региона стал получать вдвое больше минеральных удобрений, улучшилось соотношение в них азота, фосфора и калия. Однако это отнюдь не умалило значения органики. В Белоруссии на гектар площади севооборота в 7-й пятилетке вносили 7 тонн органики, а в 10-й - 13.

Проблемой номер один считается научно обоснованное повышение почвенного плодородия и для Полесья Украины - зоны, занимающей четвертую часть территории республики. Академик ВАСХНИЛ Г. А. Богданов привел такие расчеты: чтобы не уменьшалось количество гумуса, на каждый гектар здесь требуется 18 тонн органических удобрений. Но пока поля не получают столько органики, и потому особенно важно рационально распорядиться имеющимися удобрениями.

Недешев гектар, к которому приложили руку мелиораторы. Тем весомее должна быть отдача. Роль науки здесь огромна. Прежде всего нужно обосновать, какие земли, какими способами и для каких отраслей сельскохозяйственного производства улучшать. Для одних угодий достаточны культуртехнические работы, другие ждут осушения, третьим требуется орошение, четвертым - двойное регулирование водного режима, то есть осушение в сочетании с орошением.

Что прежде всего размещать в этой зоне на мелиорированных площадях? Научные расчеты показывают - сенокосы, пастбища и кормовые культуры на пашне. В 11-й пятилетке для них предполагается отвести каждые семь гектаров из десяти осушенных и орошаемых в зоне. На последних в основном будут размещены плантации овощных культур.

С вводом в действие гидромелиоративных систем забота о мелиорированных гектарах лишь начинается. А дальше нужно прокладывать дороги, строить склады, хранилища и т. д.

Однако, к сожалению, и мелиорированные земли далеко не всегда оправдывают ожидания. И здесь свое слово должны сказать почвенные биологи. Лишь они могут определить, какими микроорганизмами и животными надо заселить мелиорированные почвы, чтобы обеспечить эффективно действующий круговорот биогенных элементов, утилизацию мертвой органики, чтобы помешать размножению вредителей и создать благоприятные условия для организмов-почвообразователей. Биологическая мелиорация почвы должна, следовательно, идти рука об руку с агромелиорацией.

Один из проверенных путей повышения биологической активности почвы - улучшение ее механического состава, известкование, внесение природной, накопленной в болотах и озерах органики, особенно торфа и сапропеля.

Наши пресные озера богаты жизнью. Многочисленные растения стелются по поверхности воды, пронизывают всю ее толщу, скапливаются клубками на дне. В грунте и в воде обитают мириады существ. Каждую осень значительная часть растений и животных умирает и опускается на дно. Сюда же попадают сносы с берегов. И здесь, на дне, в результате сложного и длительного биохимического процесса образуется ценнейший природный концентрат - сапропель.

Часто сапропели путают с донными илами. Но эти отложения различны и по составу, и по своим свойствам. Донные илы - это все, что сносится в водоем с берегов и откладывается по течению рек, ручьев, сильно проточных озер. Сапропели же образуются только в озерах, стоячих или со слабыми течениями. Встречаются озера, где на дне откладываются и илы, и сапропели. В донных илах обычно содержится до 15 процентов органических веществ, в сапропелях же - до 96. Различны и физические свойства. Высохший донный ил рассыпается в порошок, высушенный сапропель превращается в камень. Если влажный сапропель проморозить, а затем высушить, он становится рассыпчатым.

Запасы сапропеля в нашей стране велики. По прогнозам ученых, в озерах РСФСР накоплено 230 миллиардов кубических метров сапропеля (из них в Нечерноземье - 50), в Литве - 10,5, Эстонии - 3,5, Белоруссии - 3, Латвии - 2,5, в украинских озерах - 0,5. Есть сапропель и в Колхидской низменности.

Он очень ценен как удобрение (кстати, его вносили на поля еще в средние века), так как содержит почти все необходимые для развития растений вещества. Он применяется и в ветеринарии. Некоторые виды сапропелей пригодны как минерально-витаминная подкормка для всех видов сельскохозяйственных животных. Для всего этого хозяйству требуется сравнительно немного сапропеля - десятки, в крайнем случае, сотни тонн.

В значительно больших объемах сапропели используются сейчас для улучшения малопродуктивных и бросовых земель при очистке заиленных водоемов. Выгода здесь двойная: обновляется озеро, практически потерявшее свою ценность, и вовлекаются в хозяйственный оборот малопродуктивные и бросовые земли, расположенные вдоль берегов.

Еще одна активно разрабатывающаяся наукой область - биологическая фиксация азота, изучением которой много занимался почвенный микробиолог академик Е. Н. Мишустин.

Издавна ученые полагали, что существует всего несколько видов бактерий, усваивающих азот из воздуха. За последние 10-15 лет такая способность обнаружена у многих самых различных микроорганизмов. Следовательно, если агротехника сумеет учитывать "интересы" этих мельчайших существ, их многочисленная рать будет исправно работать на урожай, пополняя запасы азота.

В почве есть и разнообразные свободноживущие азотфиксирующие микроорганизмы, которые также благотворно действуют на ее плодородие.

При сегодняшней структуре посевных площадей в СССР клубеньковые бактерии, сожительствующие с бобовыми культурами на пашне, усваивают около 2,3 миллиона тонн атмосферного азота. Половина его идет в урожай, а другая половина с пожнивными и корневыми остатками запахивается в почву. Свободноживущие азотфиксаторы на каждом гектаре связывают в среднем 15-20 килограммов молекулярного азота в год. Следовательно, на всей пахотной площади страны фиксируется - если ориентироваться на минимальную цифру в 15 килограммов - около 3,4 миллиона тонн. Таким образом, общий вклад "биологического" азота доходит до 5,7 миллиона тонн. Это близко к тому, что дает полям промышленность. Конечно, выпуск минеральных удобрений будет нарастать. Но если усилить внимание к бобовым культурам, то поступление "биологического" азота можно в недалеком будущем увеличить в 1,5-2 раза.

Однако судьба поступающих в почву органических и минеральных азотсодержащих веществ неодинакова. Органические соединения азота, находящиеся в корневых и пожнивных остатках бобовых растений (около 1,2 миллиона тонн) минерализуются постепенно. Урожай следующего года использует около трети их. За последующие два-четыре года минерализуется и становится доступным растениям еще 20 процентов азота растительных остатков.

Азот, который усваивается свободноживущими микроорганизмами (около 3,4 миллиона тонн), накапливается в почве постепенно, в течение вегетационного периода, и может быть использован растениями лишь после отмирания микробов, процесса также постепенного. Этот источник азота - своего рода аккумулятор почвенного плодородия, за вегетационный период растениям становятся доступными от шести до десяти процентов ассимилированного свободноживущими микробами азота.

Вернемся снова к бактериям, образующим клубеньки на корнях бобовых культур. Долгие годы считалось, что вне организма растения они фиксировать молекулярный азот не могут. Новейшие исследования с абсолютной точностью установили, что это не так. Выяснилось также, что, хотя они избирательно относятся к растениям (предпочитают корни только сои или клевера, люцерны или люпина), их можно заставить поменять "хозяина".

Сейчас в Институте микробиологии Академии наук СССР развернуты исследования по экспериментальной селекции клубеньковых бактерий. Выведены культуры микроорганизмов, наиболее эффективно "сотрудничающих" с люцерной. Обрабатывая ими семена перед посевом, удавалось получать высокие урожаи зеленой массы.

Предпосевное "заражение" семян бобовых растений соответствующими микроорганизмами (эту операцию называют нитрагинизацией) имеет чрезвычайно важное значение: урожаи поднимаются на двадцать и более процентов. Если же в почве нет соответствующих клубеньковых бактерий, то без обработки семян вообще нельзя вырастить бобовую культуру. Мало того, сейчас накапливаются данные, что в результате нитрагинизации растения становятся более устойчивыми к заболеваниям, лучше переносят неблагоприятные условия.

Трудно переоценить роль клубеньковых бактерий и их "хозяев" - бобовых культур в повышении плодородия и улучшении структуры почв, в уменьшении вредных воздействий азотных удобрений на природу. Однако нитрагин - препарат клубеньковых бактерий для предпосевной обработки семян - выпускается у нас в очень малых количествах. Сама жизнь, развитие техники, состояние среды требуют уделить большее внимание посевам бобовых и расширению производства нитрагина.

В сельском хозяйстве сейчас ставится задача расширить посевы и значительно увеличить производство бобовых - особенно зернобобовых - культур, богатых белком. Если зерно злаков содержит его обычно 9-12 процентов, то бобовых - от 20 до 40 процентов, а иногда и больше. Втрое богаче белком и стебли этих растений. Легко усвояемый белок бобовых содержит ряд незаменимых аминокислот.

Стоимость же этого белка невысока. По примерным подсчетам, производство одной его тонны обходится в 150-200 рублей, а белка зерновых - 500-700. Для сравнения: тонна микробного кормового белка, производимого промышленностью, сейчас обходится приблизительно в 1000 рублей, хотя при совершенствовании технологии затраты можно существенно снизить. Бобовые культуры не только обеспечивают себя азотными соединениями, но и накапливают их в почве в составе удобряющих ее растительных остатков.

Пока еще посевы и производство бобовых у нас явно недостаточны. Они занимают лишь 11 процентов пахотной площади (в США - 26 процентов).

Значение бобовых в кормовом рационе у нас пока невелико. Растениеводство страны дает около 63 миллионов тонн белка в год, из них на долю бобовых культур приходится 11 миллионов. Из всего производимого белка примерно 6 миллионов тонн идет в пищу, около 48 миллионов тонн скармливается животным. В основном же скот у нас кормится злаковыми культурами, бедными белком.

На передний план все больше выдвигается биология сельскохозяйственных растений и животных. В агрономической науке происходит сейчас крутой поворот. Если раньше ученых интересовали главным образом методы возделывания растений, которые обеспечили бы наилучший урожай (правильный способ размещения посевов, сроки высева, обработка почвы, технологические операции по ее возделыванию, время уборки, переработки и т. д.), то теперь положение иное. С развитием генетики и селекции стало возможным направленно выводить сорта, обладающие невиданными ранее свойствами, и прежде всего сорта, чья продуктивность резко возрастает, если улучшить условия минерального питания.

Другая задача, ждущая своего решения и требующая объединения усилий представителей разных наук, - изучение физиолого-биохимической сущности тех процессов, которые позволяют достичь максимально возможных урожаев. То, как различные сорта реагируют на минеральное питание, зависит, судя по всему, от генетических свойств растений, от их наследственной программы. Реализуется эта программа на разных уровнях организации клеток и организма в целом (проницаемость клеток корня, скорость и эффективность фотосинтеза в клетках зеленого листа, эффективность перемещения веществ по растению, уровень ферментных систем, ведущих синтез нужных человеку веществ - белков, жиров, углеводов и т. д.).

Каждый из этих уровней изучается сейчас представителями разных дисциплин. Но только объединенными усилиями селекционеров и генетиков, с одной стороны, и агрохимиков, физиологов, биохимиков, специалистов по защите растений - с другой, можно будет создать продуктивные сорта, способные с высокой эффективностью использовать солнечную энергию и питательный режим высокоокультуренных почв и давать урожаи - для пшеницы 100-120-150 центнеров с гектара, для кукурузы - 130-150 центнеров.

Здесь резко возрастает роль молекулярной биологии, так как принципиальное улучшение растений возможно только с помощью молекулярно-генетических методов - введения в геном растения фрагментов наследственной программы, определяющей лучшее усвоение элементов питания, выработку заданных человеком веществ.

По-прежнему требует особого внимания проблема повышения плодородия почвы. Ведь если, например, хотят удвоить урожаи, то необходимо удвоить и интенсивность круговорота веществ. Добиться этого можно, увеличив внесение органических и минеральных удобрений. При этом обнаруживается, что первые зависят от вторых. С ростом минеральных удобрений будет повышаться урожайность, усиливаться обмен веществ в почве, увеличиваться количество кормов, возрастет продуктивность животноводства и как побочный продукт животноводства увеличится количество органических удобрений.

Биология почв помогает понять механизм регулирования биогенного круговорота, превращения минерального питания в органическую массу растений. Ведь плодородие почвы определяется не только динамикой питательных веществ, вносимых в почву, но и обменом веществ, совершающимся в самой почве благодаря биологическим процессам. И для того чтобы это развитие проходило в оптимальном режиме, надо, чтобы почва имела хорошие физико-химические свойства, имела, скажем, агрономически оптимальную структуру, оптимальный водный режим.

Преимущества социалистической системы ведения сельского хозяйства, многофакторная стратегия интенсификации агропромышленного комплекса служат предпосылкой рационального использования природных ресурсов, прогрессивных форм организации производства, достижений науки и техники, а следовательно, и значительного повышения, пользуясь словами К. Маркса, эффективного плодородия земли.