Микроскопическое население почвы чрезвычайно велико и разнообразно. Основные группы почвенного микронаселения: бактерии, грибы, актиномицеты, многочисленные водоросли.
Эти организмы характеризуются исключительно малыми размерами. Для них характерны короткая продолжительность жизни (от нескольких часов до нескольких дней), необычайно высокая ферментативная активность, высокая чувствительность к малейшим изменениям окружающей среды и способность к продуцированию токсинов (микотоксинов), например у грибов при определенных условиях.
По отношению к кислороду выделяют аэробные (потребляющие кислород) и анаэробные (живущие в отсутствие кислорода) организмы, по способу питания – автотрофные (сами создают органическое вещество) и гетеротрофные (питаются готовым органическим веществом). Микроорганизмы играют основную роль в круговороте веществ в биогеоценозах.
Основными процессами, происходящими при участии микроорганизмов являются: минерализация отмершего органического вещества, процесс гумификации, фиксация атмосферного азота.
Нормирование содержания химических веществ в почве означает установление концентрации того или иного элемента, снижающей почвенное плодородие, вызывающей повреждение растений и накопление в них элемента выше определенного уровня.
Уровень загрязнения почв контролируется различными нормативами, входящими в систему стандартов и ГОСТов.
Различают санитарно-гигиеническое, экологическое и социально-экономическое нормирование.
В основе санитарно-гигиенического нормирования лежат предельно допустимые концентрации (ПДК) веществ (элементов), характеризующие такое количество вредных веществ в среде, которое практически не влияет на здоровье человека и благополучие его потомства.
Санитарно-гигиеническое нормирование учитывает четыре основных показателя:
транслокационный (переход загрязняющих веществ из почвы в растение через корневую систему),
миграционно-воздушный (переход загрязняющих веществ в воздух),
миграционно-водный (переход загрязняющих веществ в воду),
общесанитарный (влияние загрязняющих веществ на самоочищающую способность почвы и ее биологическую активность).
В основу экологического нормирования положено изучение действия загрязняющих веществ не на отдельные организмы, а на систему в целом.
В качестве критерия используется показатель ПДЭН (предельно допустимая экологическая нагрузка) – это такой уровень нагрузки, при которой сохраняется нормальное функционирование экосистемы.
Нормальное функционирование экосистемы предполагает, в первую очередь, сохранение систем биотрансформации и детоксикации.
В качестве оценочных показателей используют такие показатели как самоочищающая способность почвы, степень концентрирования химических элементов в растении (коэффициент биологического поглощения).
Социально-экономическое нормирование учитывает ряд показателей, связанных со здоровьем человека, уровнем жизнеобеспечения и др.
Почвоутомление – это результат нарушения экологического равновесия в системе «почва – растение» вследствие одностороннего воздействия на почвенную среду культурных растений.
Внешне почвоутомление проявляется в резком снижении урожайности возделываемых культур. Это проявляется при бессменном возделывании одной культуры, или при чередовании сходных по биологии культур.
Наиболее часто почвоутомление происходит при повторных посевах картофеля, льна, подсолнечника, сах. свеклы, хлопчатника, и некоторых других культур.
Основными причинами почвоутомления являются:
накопление в почве токсических веществ, выделяемых корнями растений и микроорганизмами;
размножение специфических вредителей, возбудителей болезней и сорняков;
выделение в почву токсических веществ при разложении культурных растений, сорняков.
С экологических позиций почвоутомление – результат экологического кризиса, наступающего как следствие дисгармонии в отношении растений и почвенной среды в агроценозах.
Почвоутомление – такой экологический механизм, с помощью которого система «почва – растение» пытается освободиться от одностороннего воздействия на почвенную среду со стороны искусственного растительного сообщества, создавая условия для его естественной смены. Именно по этой причине в бессменной культуре широко распространены сорные растения, являющиеся одной из стадий возможной сукцессии. Почвоутомление сопровождается развитием болезней и вредителей растений.
При почвоутомлении более интенсивно накапливается инфекционное начало, чему способствует снижение биологической активности почвы, поскольку дольше сохраняется фитомасса пораженных растений. Кроме того, депрессивные изменения в составе микрофлоры почвы обусловливают меньшую встречаемость возбудителя болезни со своими антагонистами из числа сапрофитных микроорганизмов. В условиях почвоутомления быстрее распространяется первичная инфекция. Растения заражаются на ранних стадиях развития, отчего возрастает вредоносность болезни. В начале вегетации болезнь развивается сильнее в тех агроценозах, которые не сменялись в течение ряда лет. К концу вегетации число пораженных растений увеличивается и в севообороте, однако вредоносность болезни, безусловно, ниже.
При бессменной культуре больше возможностей для реализации инфекционного запаса, поскольку не происходит смены восприимчивых культур менее восприимчивыми. Инфекционная нагрузка на одно растение, ослабленное воздействием фитотоксинов, чрезвычайно велика. Этим объясняется высокая поражаемость при бессменном возделывании зерновых корневыми гнилями, картофеля – фитофторозом, льна – фузариозом, хлопчатника – вилтом, подсолнечника – ложной мучнистой росой, сахарной свеклы – мучнистой росой, церкоспорозом и т.д.
Предотвратить почвоутомление можно следующими методами:
соблюдение севооборота;
внесение органических удобрений (солома);
возделывание сидератов (рапс, редька масличная);
возделывание многолетних бобовых трав и достаточное количество бобовых культур в севообороте;
возделывание устойчивых сортов.
Для поддержания и сохранения почвенного плодородия применяются следующие приемы:
Внесение органических удобрений. Интенсивность микробиологических процессов зависит, прежде всего, от поступления в почву органического вещества. Наибольшее влияние на биологическую активность почв оказывают навоз, компосты, сидераты. В засушливых условиях широко используют мульчирующий эффект соломы. Солома активизирует мобилизационные процессы в почве, в том числе деятельность азотфиксирующих микроорганизмов. При внесении 1 т соломы фиксируется – 12 кг азота.
Применение низинного торфа в качестве удобрения мало влияет на биологическую активность почв. Роль его как удобрения также преувеличена, поскольку три четверти органического вещества представлено гумусовыми и лигниноподобными веществами, которые минерализуются микроорганизмами очень медленно.
Использование научно обоснованного севооборота. Все звенья системы земледелия, начиная с оптимизации структуры посевных площадей и севооборотов, должны строиться с учетом поддержания оптимальной биологической активности почв. По мере интенсификации севооборотов, т.е. увеличения доли пропашных, технических культур, необходимо усиливать применение органических удобрений, вводить сидеральные культуры, промежуточные посевы, многолетние травы.
Минимальная обработка почвы. Представления об обязательности отвальной вспашки утратили универсальность по мере разработки почвозащитных систем земледелия и наукоемких агротехнологий. В степных и лесостепных районах широкое распространение получили безотвальные, плоскорезные, минимальные обработки, обеспечивающие защиту почв от эрозии, дефляции, способствующие сохранению влаги и повышению урожайности.
Химическая мелиорация почв. В основе химической мелиорации лежит также перевод тяжелых металлов, радионуклидов в недоступное состояние, главным образом изменением реакции среды (известкование, цеалиты, ионообменные смолы, органические удобрения и т.д.).
До недавнего времени качество растениеводческой продукции оценивалось по двум критериям: биологическому и технологическому. Биологическое качество зависит от содержания органических (белки, жиры, углеводы, витамины) и минеральных веществ, а также энергетической ценности пищи. Технологическое качество определяется целевым использованием продукции растениеводства (хлебопекарные качества муки, содержание крахмала в картофеле и т. д.).
Загрязнение агроландшафта поллютантами привело к необходимости оценки нового критерия качества – содержания загрязнителей и безопасности продукции для здоровья человека и животных. В зависимости от уровня требований к качеству продукции выделяют два понятия: экологически чистая продукция и экологически безопасная продукция.
Экологически чистая продукция – это продукция, произведенная на основе биологического земледелия, полноценная по содержанию веществ, необходимых для жизнедеятельности человека и не содержащая поллютантов выше предельно допустимых концентраций. Эта продукция используется обычно для детского и диетического питания и реализуется по более высокой цене.
Экологически безопасная продукция – это продукция, выращенная при традиционной технологии, обладающая высоким биологическим и технологическим качеством и безопасная для питания человека и как корм для животных. Требования к содержанию загрязнителей в экологически чистой продукции более жесткие в сравнении с экологически безопасной продукцией.
Проблема получения экологически чистой продукции связана с решением двух основных вопросов:
повышение биологического и технологического качества;
снижение содержания поллютантов.
Оба эти вопроса взаимосвязаны, а их решение зависит от трех факторов:
биологического (генетического);
средового;
технологического.
Биологический фактор предполагает выбор культуры и сорта, обеспечивающих высокую продуктивность и качество при минимальном накоплении поллютантов. Культура и сорт являются основными средообразующими факторами: определяют виды и дозы удобрений и пестицидов, интенсивность использования сельскохозяйственной техники и т.д. Биологические особенности сорта могут определять не только валовый сбор биологически ценных веществ с единицы площади, но и степень загрязнения продукции, поскольку сорта различаются по этому показателю в 3-5 раз.
Средовой фактор предполагает выбор природно-климатической зоны, условий рельефа и почвы, оптимальных для культуры и сорта, уменьшающих накопление поллютантов. Здесь также важно реализовать принцип удаления от источников загрязнения (промышленные предприятия, автомагистрали и др.). Это особенно актуально для создания хозяйств, производящих сырье и продукцию для детского и диетического питания.
Технологический фактор – совершенствование технологии для повышения содержания полезных веществ и снижения накопления поллютантов. Он основан в первую очередь на оптимизации агроприемов ухода за растениями, рациональном использовании удобрений и пестицидов.
В настоящее время в большинстве стран Европы, в том числе и Республике Беларусь, в сельскохозяйственном производстве особое развитие получили интенсивные технологии возделывания сельскохозяйственных культур. Существенной особенностью этих технологий является применение средств химизации в большом объеме. Во многих западных странах количество вносимых минеральных удобрений на гектар пашни достигает 400-600 кг действующего вещества (Голландия, Бельгия, Дания, Германия и др.). В Республике Беларусь в отдельные годы уровень применения NPK достигал 280 кг/га пашни.
Интенсивная химизация сельскохозяйственного производства имеет свои отрицательные стороны. Возникают сомнения в безопасности продуктов питания, получаемых в условиях «химического прессинга» на растения, усиливается тревога об угрозе для человека и животных применения высоких доз минеральных удобрений и особенно пестицидов, большинство из которых создано путем химического синтеза и не имеет природных систем нейтрализации и разрушения. При интенсивных технологиях возделывания в больших объемах потребляются не возобновляемые природные ресурсы (например фосфатное сырье), запасы которых быстро уменьшаются, не оставляя шансов для наших потомков. Реально возникает угроза загрязнения элементов окружающей среды, таких как почвенный покров, грунтовые и поверхностные воды, атмосферный воздух и других остаточными количествами агрохимикатов (солей тяжелых металлов, пестицидов, соединений нитратного азота и других).
Все это обусловило в развитых странах Запада стремление к поиску таких приемов и систем, которые явились бы альтернативой сложившимся методам и были бы свободны от присущих им отрицательных черт.
Возникло вначале стихийное, а позднее организованно оформившееся течение, включающее ряд направлений и объединенное под общим названием «экологическое» или «альтернативное земледелие».
Опыт альтернативного земледелия насчитывает более 40 лет. В 1972 году в Версале под Парижем создана Международная федерация органического земледелия (IFOАМ), включающая 300 организаций из 60 стран Мира. В последние годы в состав IFOАМ вошли Литва, Латвия, Россия и другие страны. На сегодняшний день практически все государства Европы входят в IFOAM. В 1999 году в члены этой организации вступила и Беларусь.