При использовании естественного почвообразовательного процесса в качестве одного из способов обеспечения растений элементами минерального питания первостепенную важность приобретает вопрос о величине урожаев, на которую мы должны ориентироваться. Ясно, что для сохранения имеющегося плодородия их уровень должен соответствовать интенсивности почвообразовательного процесса, а не определяться экономическими или какими–либо другими соображениями. Это вытекает из того, что повышение плодородия почвы возможно только при положительном балансе между скоростью извлечения из материнской породы элементов минерального питания и их выносом с урожаем, а также между скоростью образования и минерализации гумусовых веществ.

Конкретизация представлений о взаимосвязи между фотосинтезом, азотфиксацией и почвообразованием позволяет сформулировать два принципиально важных положения, которые должны учитываться в земледелии. Первое состоит в следующем: увеличение поступления в почву продуктов фотосинтеза в виде корневых выделений активизирует процессы азотфиксации, почвообразования и способствует в конечном итоге повышению ее плодородия, а также урожайности сельскохозяйственных культур. Второе: все структурные компоненты рассматриваемой системы находятся между собой в тесной взаимосвязи. Даже кратковременное подавление любого из них недопустимо.

В заключение следует отметить, что предлагаемый подход выводит наши представления о фотосинтезе, азотфиксации и почвообразовании на новый уровень. Объединение рассматриваемых процессов в рамках одной системы позволит более обоснованно контролировать и регулировать как ее состояние в целом, так и отдельных структурных компонентов. Системный подход в отношении рассматриваемых процессов имеет большое значение не только для земледелия, но и, например, для экологии. Учет взаимовлияния фотосинтеза, азотфиксации и почвообразования позволит более обоснованно прогнозировать состояние как биогеоценозов, так и биосферы в целом.

6.4. Способы улучшения биологических свойств почвы

Повышение урожайности сельскохозяйственных культур за счет активизации естественного почвообразовательного процесса возможно только на основе улучшения биологических свойств почвы. В то же время, при относительной изученности отдельных видов живых организмов, обитающих в почве, мы имеем очень ограниченные сведения о их влиянии на рост и развитие растений. Исключение составляет только азотфиксирующая способность почв. На эту тему проведено множество исследований. Вот результаты некоторых из них. В опытах, проведенных на Центральной опытной станции ВИУА, установлено, что, используя бобовые в качестве предшественника, можно получать без применения азотных удобрений урожаи зерновых культур на уровне 50—60 ц/га [536]. В Институте сельскохозяйственной микробиологии и ТСХА выделены ассоциативные азотфиксирующие микроорганизмы, способные повышать продуктивность небобовых культур на 40% (табл. 54).

Таблица 54 Влияние инокуляции ассоциативными азотфиксаторами на урожай злаковых трав [56]

Предположения о возможности улучшения питания растений за счет ассоциативной азотфиксации, основанные на результатах лабораторных опытов, подтверждаются данными полевых исследований. В производственных опытах, проведенных в ТСХА, инокуляция растений огурца дала прибавку урожая зеленцов 22,7, томата — 31, а картофеля — 52—78% [179]. Положительные результаты получены и при инокуляции зерновых культур. При обработке семян озимой пшеницы препаратом диазотрофных микроорганизмов Flavobacterium, приготовленным в Институте сельскохозяйственной микробиологии, были получены высокие урожаи этой культуры при экономии 40—50 кг/га азота удобрений. При этом содержание белка в зерне увеличивалось на 3—9%. Правда, следует отметить, что положительный эффект от инокуляции снижался в вариантах с полным исключением азотных удобрений [382]. Однако при использовании таких технологий, которые бы предусматривали одновременную активизацию как ассоциативной, так и симбиотической азотфиксации (например, за счет предшественника), этот вопрос, очевидно, не является неразрешимым. Такого же мнения придерживается и В. М. Орлов с соавторами [413].

Исключительный интерес для эколого–биосферного земледелия представляет изучение симбиоза бобовые растения — Rhizobium — эндомикоризные грибы. Как известно, эффективная работа азотфиксирующего аппарата клубеньковых бактерий во многом зависит от обеспеченности растений фосфором. А так как эндомикоризные грибы повышают доступность этого элемента для растений, то тройной симбиоз, в конечном итоге, значительно повышает их продуктивность (табл. 55). В других опытах этих же авторов у вики, инокулированной штаммами клубеньковых бактерий и эндомикоризных грибов, наблюдалось более раннее и более обильное цветение.

Таблица 55 Влияние инокуляции эндомикоризными грибами и Rhizobium на продуктивность вики [371]

Примечание. 1 — без Rhizobium, 2 — инокуляция Rhizobium.

Необходимо отметить, что выращивание бобовых, наряду с решением проблемы азота в земледелии, при использовании их в кормопроизводстве, способствует нормализации протеинового питания сельскохозяйственных животных. Результаты научных исследований и практический опыт показывают, что одним из факторов, сдерживающих рост производства молока и мяса, является недостаток белка в рационах сельскохозяйственных животных. Он образуется в результате использования в кормопроизводстве однолетних и многолетних злаковых трав, кукурузы, подсолнечника, которые содержат недостаточное количество белка. Бобовые культуры значительно превосходят все другие по содержанию белка и его сбору с единицы площади. Кроме того, белок бобовых отличается повышенной биологической полноценностью и усвояемостью [88]. Симбиоз с грибами–эндофитами повышает азотфиксирующую способность и у небобовых растений. В опытах с овсом эндомикоризные грибы увеличивали актуальную азотфиксирующую способность в ризосфере в среднем за вегетационный период в 6 раз [578]. Инокуляция семян редиса ризосферными бактериями Pseudomonas fluorescens и микоризация грибом Glomus mosseae повысили урожайность корнеплодов и позволили при этом уменьшить внесение минеральных удобрений в 1,5 раза [577]. Улучшение усвоения фосфора, ускорение развития растений и активизацию азотфиксации при симбиозе растений с грибами–эндофитами наблюдали и в других исследованиях [491].

Благотворное влияние микроорганизмов на растения создает основу для создания микробных удобрений, которые могут использоваться не только на бобовых, но и небобовых культурах. Так, замачивание семян люпина и тритикале в суспензии бактериального комплекса, приготовленного из естественного ненарушенного почвенного сообщества, повышало урожайность этих культур на 31% и более [252]. В опытах, проведенных В. П. Ивановым, инфицирование растений кукурузы комплексом корневой и ризосферной микрофлоры повышало урожай зеленой массы на 149—173% [202].

Положительное влияние на продуктивность растений оказывают и почвенные животные. Больше всего исследований проведено с дождевыми червями, являющимися удобным объектом для наблюдений. В опытах с использованием вегетационных сосудов (на 3—4 кг почвы) масса зерна ячменя в варианте с 10 червями по сравнению с контролем увеличилась на 58,5, с 20 — на 136,5, с 30 — на 219,5, с 40 — на 246,7, с 60 — на 311,7%. Аналогичный результат, хотя и менее выраженный, получен и в полевых исследованиях. Так, дождевые черви в количестве 400—500 экз./м2 повышали продуктивность ячменя на 78—96% [34].

В опытах, проведенных за рубежом, заселение почвы пастбищ червями Allolophora calignosa (500—1000 экз./м2) повысило урожай сухого вещества трав на 70%. В некоторых странах дождевые черви стали использоваться для повышения плодородия почв. В Новой Зеландии это практикуется уже более 30 лет. В США имеется около тысячи мелких хозяйств, разводящих дождевых червей, которые используются для улучшения почв или производства биогумуса [438].