Анализ причин необходимости применения новой «Комплексной Системы мостового земледелия» (ксмз)



страница2/4
Дата29.04.2016
Размер0.58 Mb.
ТипАнализ
1   2   3   4

Существующие системы земледелия рекомендуют применение корневых подкормок растений до пяти раз за вегетационный сезон. Но в период отсутствия дождей минеральные удобрения лежат на почве или в почве без растворения и не оказывают никакого действия на растения. На склоновых землях они при ливнях вместе с почвой сносятся в реки, пруды и озёра.

При использовании нынешней знергосберегающей технологии земледелия после уборки культур, предшествующих озимым, необходимо внести азотные удобрения и продисковать почву для измельчения послеуборочных остатков и их заделки. В зависимости от влажности почвы это нужно сделать не менее чем за две недели до сева озимых. Азота в почве мало из-за его выноса предшествующей культурой, а также ввиду усиления микробиологической деятельности. Растительными послеуборочными остатками начинают питаться в первую очередь грибки, являющиеся эукариотными организмами, в принципе не умеющими фиксировать азот атмосферы. Они обладают мощным ферментным аппаратом, и при наличии влаги в почве, производят деструкцию органики с извлечением из неё органических соединений азота в виде аминокислот, мочевины и т.д., а из почвы – неорганического нитрата аммония, а также солей фосфора, серы, калия, магния и микроэлементов. Вслед за ними на растительных остатках развиваются целлюлозолитические бактерии, являющиеся прокариотами, но также не обладающими азотофиксацией. На этой стадии разложения органики все они являются конкурентами растений за соединения азота. И осенью и весной озимые из-за этого испытывают азотное голодание.

Только после первичной обработки растительных остатков грибами и целлюлозолитическими бактериями за них принимаются свободноживущие аэробные и анаэробные азотофиксирующие бактерии, такие как азотобактер, бейеринкия, клостридиум и др., которым для лучшей азотофиксации, кроме полуразложившихся углеводсодержащих остатков необходимы такие макроэлементы, как фосфор и кальций, а из микроэлементов – бор, молибден, ванадий, железо, марганец, магний. На поверхности почвы развиваются также азотофиксирующие фотосинтетики – цианобактерии (сине-зелёные водоросли). Но даже эти азотофиксаторы атмосферного азота, при наличии в почве азотных соединений, предпочитают забирать их оттуда, а не из атмосферы.

Лишь только поздней весной и в начале лета, после лизиса и минерализации грибковой и бактериальной массы, азотные и другие минеральные соединения достаются растениям, что для дикой растительности является обычным правилом, а вот для культурных растений, от которых мы хотим получить урожайность на пределе биологических возможностей сорта, достаточно поздновато.

Поэтому так важна ранневесенняя подкормка зерновых азотными удобрениями с микроэлементами, которая производится сейчас центробежными разбрасывателями в сцепке с трактором, передвигающимися по почве, находящейся в состоянии «черепка». Но очень часто сильные дожди после этого смывают удобрения с полей. И наоборот, дружное потепление весной с дождями также часто мешают внести их вовремя. Применение же авиации для этой цели низкоэкологично и неточно.

Ещё худшие результаты даёт применение азотных удобрений с нарушением оптимальных сроков их применения, когда у растений уже заложились элементы зачаточного колоса. Тогда применение азота не ведёт к увеличению количества колосков и цветков в колосе, а вызывает дополнительное кущение, т.е. возрастает расход влаги и питательных веществ на рост подгона, что ухудшает формирование урожая на основных побегах, особенно в засушливые периоды, когда нет применения искусственного орошения. Здесь также нынешняя Система машин не приспособлена для работы под дождём по переувлажнённой почве.

Достаточное количество азота необходимо растениям и летом, особенно при высокой освещённости. С одной стороны, высокая освещённость создаёт высокую ФАР, что благоприятствует фотосинтетической деятельности растений, с другой стороны, увеличивает количество синглетного кислорода, который необратимо разрушает хлорофилл в его возбуждённом состоянии. При этом хлорофилловые зёрна листьев слипаются и погибают. Подобные явления дополнительно усугубляются дефицитом влаги в почве при засухе. Для удаления синглетного кислорода каждая клетка растения должна иметь необходимое количество антиоксидантов: каратиноидов (провитамин А) и альфа - токоферолов (витамин Е), что при недостатке соединений азота для синтеза белковых ферментов, влаги и микроэлементов является невыполнимой задачей.

Своевременное снабжение растений питательными соединениями возможно при их внекорневой подкормке по листовой диагностике. Но оперативное нанесение на листья низкоконцентрированных удобрительных растворов не всегда возможно по погодным условиям. Наилучшие условия их нанесения – ночное время, так как днём возможен ожог листьев. В этом отношении современные Системы земледелия и Системы машин лимитируют подкормочные операции в нужное для растений время, тем более для получения урожая на пределе биологических возможностей сорта, когда внекорневую подкормку нужно применять иногда до двадцати раз за сезон.

Известно, что около 94% органики образуется при фотосинтезе из углекислого газа и воды, которые предоставляют растениям ещё такие макроэлементы, как углерод, водород и кислород, избыток которого удаляется в атмосферу. Причём, водород является в растениях не только строительным материалом, но в виде протонного потенциала участвует в энергетических процессах их клеток, а также в образовании универсального энергетического вещества – аденозинтрифосфата (АТФ).

Главная пища растений – углекислый газ и вода. Чистый углерод обладает низкой реакционной способностью. Лишь только в соединении с кислородом, он в виде углекислого газа поглощается растениями и вступает в соединения. Ассимиляция СО2 в растительном организме идёт с предварительным соединением его с рибулозодифосфатом (РДФ). При этом РДФ распадается на две молекулы фосфоглицериновой кислоты (ФГК). К углероду СО2, включённому в ФГК, присоединяется электрон хлорофилла, при этом ФГК с участием энергетически активных молекул аденозинтрифосфата (АТФ) и никотинамидадениндинуклеотидфосфата (НАДФ-Н) превращается в фосфоглицериновый альдегид (ФГА). В пентозофосфатном цикле ФГА превращается в исходный РДФ и углевод. РДФ опять вступает в соединение с СО2, что при его наличии делает цикл непрерывным. Это С3 путь усвоения углерода (цикл Калвина). Во время темнового дыхания кислород также сопрягается с РДФ, хотя СО2 связывается с ним лучше, чем О2. Но всё равно кислород понижает КПД системы, когда углекислый газ поступает в растения через листья.

Первоначально в результате фотосинтеза растение усваивает углекислый газ полностью, а воду разлагает на водород (протоны) и кислород, который удаляется в атмосферу. Образующиеся углеводы в темновых реакциях фотосинтеза и ночью и днём затем превращаются в результате пересинтеза с затратой энергии АТФ в другие органические соединения. Энергия АТФ образуется в результате разложения части синтезированных углеводов в реакции дыхания, идущей с забором из атмосферы выброшенного накануне кислорода. Конечным продуктом разложения углеводов в реакции дыхания является углекислый газ, вода и энергия в виде аденозинтрифосфата (АТФ). Но процент выбрасываемых СО2 и Н2О растениями в процессе темнового дыхания является не очень большим по сравнению с их количеством, усвоенным в процессе световой фазы фотосинтеза. Однако количество углекислого газа, усваиваемого растениями при фотосинтезе листьями из атмосферы, для получения урожайности с/х культур, близкой к пределу их биологических возможностей, является недостаточным.

Значение воды для растений, при традиционном рассмотрении, сводится к тому, что она выполняет там жизненные функции, поддерживающие обменные процессы, является источником их питания. Все физиологические и термодинамические процессы происходят в растении только с участием воды. Без неё, как посреднической среды, невозможен химический, электрический, магнитный, информационный и тепловой обмен между клетками растительного организма.

Важнейшие процессы с участием воды заключаются в том, что она:

- является основной составляющей частью растения (от 80 до 90%), поддерживающей её клетки и ткани в напряжённом состоянии (тургор и осмос);

- выполняет транспортную функцию по доставке питательных веществ тканям и органам при корневом и листовом питании, обменных процессах и синтезе;

- участвует в выделительной функции по удалению из растительного организма вредных и ненужных соединений;

- является терморегулятором, препятствующим перегреву тканей, в том числе свёртыванию таких важнейших белков, как ферменты и гормоны;

- является источником строительного материала, водорода, используемого в процессе фотосинтеза углеводов.

А вот энергетические функции воды в растительном организме как-то необъяснимо не подчёркиваются, хотя она является при фотосинтезе донором электронов и протонного потенциала, который не только участвует в энергетических процессах клеток, но и является главным фактором образования универсального энергетического вещества – аденозинтрифосфата (АТФ).

При сравнении роли АТФ и протонного потенциала в энергетике клеток растений известно, что АТФ используется в основном для синтеза биополимеров и их составных частей, он же осуществляет транспорт веществ через внешнюю мембрану клеток и энергообеспечение её сократительных систем.

Протонный же потенциал питает АТФ-синтетазу, поддерживает транспорт АТФ, АДФ, фосфата, карбоновых кислот через мембраны, регулирует реакции по поставке водорода в восстановительных синтезах, участвует в процессах транспортировки кальция и др. веществ и т.д.

Таким образом, клетки растений имеют два ресурса обеспечения энергетических потребностей. Один из них АТФ – химический, отлично растворимый в воде, удобный для использования в водной фазе клеток, но не подходящий для работы внутри мембран из-за нерастворимости в жиру. Другой ресурс электрохимический, связанный с гидрофобной, мембранной фазой клеток – протонный потенциал.

Для поддержания достаточного энергетического запаса АТФ, клетки имеют буферную систему в виде креатинфосфата, который участвует только в одной реакции фосфорилирования АДФ. Для протонного потенциала также необходима буферная система, тем более, что при энергетическом сравнении с АТФ в клетке его оказывается чуть ли не на три порядка меньше, если он находится в электрической форме. И такой буфер есть. Это калий – натриевый градиент.

Все химические, электрические, термодинамические, транспирационные, а также большая часть энергетических процессов в растениях происходят в водных растворах. Вода составляет значительную долю веса растений.

Таким образом, наличие влаги в почве является, при прочих равных условиях, одним из наиглавнейших условий получения высокого урожая, поскольку вода – важнейшее удобрение. При дефиците влаги в почве, соответственно и в растениях, синтез органики в них почти прекращается, так как нет «сырья» и энергии для этого. Засухоустойчивость растений говорит только об их выживаемости, но отнюдь не о продуктивности. Занятие растениеводством в современных условиях при дефиците влаги – это издевательство земледельца над растениями, почвой и самим собой и

без мелиорации, как говорилось в Приложении 1, получение растениеводческой продукции с нормальной урожайностью проблематично.

Мелиорация требует огромных запасов пресных вод, причём, достаточно равномерно распределённых по площади региона. В Воронежской области лишь небольшое количество рек может служить для этой цели. Запасы подземных вод достаточно велики, и, кроме питьевого и технического водоснабжения населения и промышленности региона, широко используются в орошении площадей садоводческих товариществ. Но основные запасы пресной воды должны накапливаться в поверхностных естественных ёмкостях за счёт выпадающих природных осадков. Огромное количество талых вод почти бесполезно сбрасывается реками в солёные моря. Ещё докучаевские экспедиции в Каменной степи начали сооружать плотины в балках и оврагах с образованием первых прудов и накапливанием в них талых вод. За советское время сеть прудов и водохранилищ значительно увеличилась, но для ведения широкой мелиорации их явно недостаточно. Большим резервом для прудового сбора талых вод являются балки и овраги, не задействованные за прошедшее время из-за отсутствия подстилающих водоупорных горизонтов. Строительство прудов там возможно с применением гидроизолирующих покрытий дна и стенок. Использование же этих оврагов и балок для выпаса мясных пород скота, завезённых в последнее время в Воронежскую область, является не очень умным решением. Для их летнего выпаса нужно использовать культурные орошаемые пастбища, а для зимнего содержания – полуоткрытые откормочные площадки.

Если из воды растения забирают только водород, а кислород выбрасывается в атмосферу, то углекислый газ из воздуха забирается полностью. В Системе земледелия с оборотной вспашкой почвы потребление углекислого газа растениями, как и дыхание, происходит через устьица листьев. Содержание СО2 в атмосфере составляет всего 0,03%. Весной, когда листовой аппарат у них мал, это как раз лимитирует его поступление в растительные организмы. Кроме того, ключевым ферментом ассимиляции углекислого газа в растениях является рибулозодифосфаткарбоксилаза, которая на самом деле обладает двойной функцией: карбоксилазы и оксигеназы. Таким образом, кислород конкурирует с углекислым газом за общий каталический центр в молекуле ключевого фермента. Может показаться, что если растения во время фотосинтеза выбрасывают кислород в атмосферу, то он им не нужен. На самом деле это не так. Кислород нужен в дыхательных реакциях, когда ранее синтезированные днём биополимеры используются в окислительных процессах, в том числе дыхательном фосфорилировании, ещё и ночью. В результате этого процесса энергия Солнца, усвоенная растениями при фотосинтезе днём, используется круглые сутки. Таким образом, существенная часть продукции фотосинтеза нужна только для того, чтобы связать энергию света, превратить её в химическую, и использовать для синтеза совсем других веществ. И лишь часть органического вещества, образующегося при фотосинтезе, используется как строительный материал для этих синтезов.

Растения имеют два процесса знергообеспечения – фотофосфорилирование и дыхательное фосфорилирование. Может показаться, чем ярче свет, тем сильнее должны проходить у растений реакции фотосинтеза с выделением кислорода. На самом деле всё происходит иначе. При сильном освещении скорость потребления кислорода и выделение из листьев углекислого газа возрастает и в фотодыхании бесполезно тратится до половины веществ, накопленных в фотосинтезе. Если к этому добавить особенность, что фотосинтез у растений происходит не во всё светлое время дня, а в течение буквально нескольких часов, то оказывается, что в яркие солнечные дни ассимиляция углекислого газа будет очень незначительной. Правда, такой особенностью обладают только, так называемые, С-3 растения, к которым относится и пшеница. С-4 культурные растения, такие как сорго, чумиза, просо, сахарный тростник, кукуруза, амарант и т.д., у которых несколько иной механизм усвоения углекислого газа, потребляют его за то же время синтеза до двух раз больше, чем С-3 растения.

Ко всему прочему, условия попадания углекислоты через устьица листьев на рибулозодифосфат не очень просты. Устьичные полости не могут сокращаться как лёгкие у животных. Через них наружу вылетает огромное количество молекул воды и кислорода (при фотодыхании ещё углекислого газа), а навстречу им несутся молекулы всех газов, составляющих атмосферу, и среди них тот же углекислый газ, кислород, та же вода. Кроме того, как говорилось выше, «посадочная площадка» у молекул углекислоты и кислорода одна и та же – рибулозодифосфат, поэтому КПД системы понижается. Возможно, что для создания высокого уровня воздухообмена для «отцеживания» углекислого газа, растения при вегетации и испаряют такое огромное количество влаги. Ведь диффузии и осмоса недостаточно.

Но есть ещё один путь поступления углекислоты в растения, который современные Системы земледелия и машин могут им предоставить частично. Это путь не только через листья, но и через корни. Для этого на листья наносятся, а в почву вносятся низкоконцентрированные растворы мочевины и карбоната кальция. Мочевина, попавшая в растения через листья и корни, гидролизуется с образованием аммиака и углекислоты, а карбонат кальция диссоциирует на ионы кальция и остаток угольной кислоты. Правда карбонат кальция плохо растворим в воде, лишь при наличии в почве влаги и углекислого газа он превращается в хорошо растворимый гидрокарбонат. Но опять же, по погодным условиям это не всегда представляется возможным. Кроме того, не обеспечивается непрерывное поступление значительного количества СО2.

Может показаться, что разговор идёт о применении лишь нескольких элементов питания растений. На самом деле это не так. Растениям для правильного развития необходимы свыше двадцати элементов минерального питания, а кроме того, и ряд органических соединений. Питание в совокупности должно являться сбалансированным, непрерывным и дробным. Это питание должно находиться в низкоконцентрированных растворах и постоянно поступать в растения за всё время вегетации. Только при таких условиях возможно их полное развитие, с раскрытием потенциальных возможностей в урожайности. Только так можно получить растения с максимальной поверхностью листьев и высоким хлорофилловым числом для поглощения углекислоты и улавливания солнечной энергии, а также развитой корневой системой.

Но именно эти качества вступают в противоречие с количеством влаги, находящейся в почве и поступающей в растения. Большая поверхность листьев захватывает и большее количество углекислоты из воздуха, она же, да ещё с высоким хлорофилловым числом, фиксирует большее количество энергии. Одновременно увеличивается потребность растений в воде на её испарение и охлаждение листьев.

Современные Системы земледелия работают с растениями вслепую, поэтому получение их урожайности на пределе биологических возможностей сорта является недостижимой задачей.

Утверждения сторонников так называемого «органического земледелия», что только их продукция может быть экологически чистой, и поэтому имеет не очень высокую урожайность, может иметь место только при применении современных Систем земледелия с несбалансированным и недостаточным питанием растений. При использовании современных Систем сплошь и рядом нарушаются основные законы земледелия и растениеводства:

а) закон равнозначности и незаменимости факторов роста растений (тепло, освещённость, влага, питание, структура почвы и т.д.), сущность которого в том, что нельзя какой-то один необходимый фактор заменить другим;

б) закон ограничивающего фактора, определяющий уровень урожайности фактором, находящемся в минимуме;

в) закон оптимума, при котором только наивыгоднейшее соотношение между факторами роста обеспечивает полное развитие растений с наивысшей урожайностью;

г) закон возврата, заключающийся в том, что растения на формирование урожая потребляют из почвы поля питательные макро- и микроэлементы, которые необходимо туда же вернуть в виде неиспользуемой в пищу части синтезируемой органики данного и других полей, так и минеральных удобрений;

д) закон плодосмена, при котором культуры на полях чередуются в пространстве и во времени;

е) закономерность в виде наличия у растений физиологических часов, когда растения реагируют на изменение длины дня, и ускоряют и замедляют своё развитие;

ж) закономерность, учитывающая критические периоды у растений по отношению к питательным веществам.

Т.С.Мальцев пытался ввести ещё закон повышающегося плодородия почвы при её безотвальной обработке с оставлением послеуборочных остатков. Но в конце жизни от него отказался из осознания подмены материи (зольных остатков) на энергию. На самом деле существует закон единства и борьбы противоположностей, и от того как он применяется, происходит или повышение, или понижение плодородия почвы.

Следующей составной частью плодородия почвы является гумус. Если чернозёмы самые плодородные и самые богатые гумусом почвы, значит, гумус создаёт урожай, и плодородие почвы определяется гумусом. В то же время урожай растений можно получить и при отсутствии в почве органики, при применении одних комплексных минеральных удобрений. В оптимальные по увлажнению годы, чернозёмы без всяких удобрений дают до 50ц зерна. При внесении минеральных удобрений на нечернозёмных почвах можно получить урожай в 40ц зерна. Отсюда следует, что при внесении минеральных удобрений растения используют их, но это не значит, что гумус не нужен растениям.

В среднем за год с урожаем с гектара почвы исчезает 600…1000 кг гумуса. Поскольку запасы гумуса для богатых чернозёмов исчисляются в 130…220 т/га, то его хватит на 130…360 лет. Кроме того, гумус в почве непрерывно образуется вновь. Но питательные вещества гумуса малоподвижны, их освобождение растянуто во времени и заметно не увеличивают в почве общего содержания растворимых питательных соединений. На малогумусных же почвах, если они не удобряются, урожай снижается, в среднем, через пять лет, при том, что содержание гумуса практически не уменьшилось. Урожайность растений можно поддерживать постоянным внесением органики, так как её разрушение происходит примерно за три – четыре года, и даже многолетнее внесение навоза не увеличивает заметно содержание гумуса в почве. Сам навоз нужен растениям как субстрат, при разложении органического вещества которого освобождаются элементы питания, в том числе углекислый газ и вода. Кроме того, применением одних минеральных удобрений, можно увеличить содержание гумуса в почве за счёт лучшего развития растений и создания ими большей массы корневых и внекорневых растительных остатков.

Система земледелия с оборотной вспашкой, с использованием чёрных паров, основывается на постоянном разрушении гумуса для выделения соединений, необходимых для питания растений. Современные энергосберегающие технологии с поверхностным оставлением послеуборочной органики на полях улучшили положение и немного повысили урожайность с/х культур, но далеко не до такой степени, чтобы она была на пределе их биологических возможностей.

Малогумусные почвы можно улучшить, высевая бобовые травы в смеси с травами, способными усваивать недоступные другим растениям плохо растворимые фосфорные удобрения. Это люпин, донник, эспарцет, горчица, гречиха, овёс и др. Заделывая их растительные остатки неглубоко в почву, уже на второй год можно получать высокий урожай с/х культур. Благоприятное воздействие зелёного удобрения почвы - сидерации, связано с улучшением физических свойств почвы и накоплением легкодоступных соединений для питания растений, важнейшими из которых является углекислый газ и вода. Однако сидерация обогащает почву всего 3 – 4 элементами питания и восполнение остальных 16 – 17 элементов приходиться проводить другими мерами.

Как раньше, да и в современных условиях производится накапливание навоза, его транспортировка на поля и заделка? На фермах он обычно годами вывозится на открытую площадку складирования, где постепенно перегнивает, зарастает и осеменяется сорной растительностью, вымывается дождями с потерей питательных веществ, которые уходят в землю и улетучиваются почти бесцельно в атмосферу, снижает свою энергонасыщенность. Затем загружается в автотракторный транспорт, вывозится на поля и ссыпается там кучами. На поле заезжает бульдозер и распределяет навоз по её поверхности. После авто-тракторно-бульдозерного внесения и запашки навоза понятно, что представляет собой пахотный и подпахотный горизонты почвы.

Третьим лимитирующим фактором при использовании нынешней Системы земледелия является машинная деградация почвы. Культурные с/х растения требуют для развития корневой системы определённой плотности почвы, которая может быть достигнута при её безотвальной обработке дискаторами не только под зерновые, но также под такие клубневые и корневые культуры, как картофель, сахарная свёкла и морковь.

В современных Системах земледелия подготовка почвы к севу и сам сев могут производиться с/х агрегатами с использованием энергонасыщенного трактора со сдвоенными колёсами, первоначально позволяющими, хоть и с трудом, сохранять нужную рыхлость почвы. На этом функции энергонасыщенного трактора заканчиваются до обработки зяби и сева озимых. Его использование на внутрихозяйственных перевозках так разбивает грунтовые дороги, что на них невозможно использовать автотранспорт. А для ухода за посевами нужны лёгкие колёсные и гусеничные пропашные тракторы. Конечно, в большинстве хозяйств после посева и первоначального внесения удобрений, туда уже не въезжают до самой уборки. Но там, где хотят получить хорошую урожайность, занимаются подкормкой растений (в том числе внекорневой), культивацией (на пропашных культурах), борьбой с болезнями и вредителями с проездом по междурядьям или по технологическим колеям (на культурах сплошного рядового посева). После созревания урожая по полям ещё двигается уборочная и автомобильная техника, а позже – техника по внесению органических удобрений. Поэтому понятно, почему верхний слой почвы истирается и теряет структуру, а подпахотный - переуплотнён со смыканием воздушных каналов, что в жаркую и ветреную весенне - летнюю погоду приводит, в конечном итоге, к почвенной засухе.



1   2   3   4


База данных защищена авторским правом ©ekollog.ru 2017
обратиться к администрации

войти | регистрация
    Главная страница


загрузить материал