В. М. Дринча, д.т.н., проф. ФГБОУ ВО «Арктический государственный агротехнологический университет»

И. Б. Борисенко, д.т.н., проф. ФГБОУ ВО «Волгоградский ГАУ»

Начиная с момента зарождения с.-х. производства, приблизительно 10 000 лет назад, методы его ведения постоянно меняются. Более чем за 200 лет до н.э. римляне уже знали способы повышения плодородия почвы. Например, Като, римский надзиратель, рекомендовал оставлять земли под паром на год, а также выращивать различные зернобобовые культуры с целью получения более высоких последующих урожаев [2,9]. И не только римляне занимались исследованиями повышения урожайности и потерь плодородия почвы. В это же время китайцы использовали «зеленое удобрение»: бобовые культуры заделывали в почву для повышения ее плодородия.

Термин покровные культуры (ПК) в современном понимании появился в земледелии в начале ХХ века. В некоторых случаях ПК используют и в качестве зеленых удобрений (ЗУ), или сидератов. В последние десятилетия, в связи с увеличивающимся ростом поставок зарубежных машин, а вместе с ними и технологий возделывания с.-х. культур, становится реальной проблемой унификация применяемой терминологии. Термины, связанные с ПК в англоязычных и отечественных источниках, во многих случаях существенно расходятся, что не только затрудняет проектирование технологий растениеводства, но и влечет за собой неправильное выполнение операций на практике.

Прежде чем выявить основные терминологические сходства и расхождения англоязычных и отечественных терминов, относящихся к ПК, рассмотрим определения, встречающиеся в общепринятой литературе.

В толковом английском с.-х. словаре [5] приводится следующее определение ПК: 

— культура, высеваемая для покрытия почвы и предотвращающая высушивание ее поверхности и защищающая ее от эрозии; после выполнения основной задачи ПК обычно запахивается в почву; бобовые культуры, обогащающие почву азотом, вследствие фиксации атмосферного азота часто используют в качестве ПК; 

— термин ПК в данном словаре также относится к культурам, высеваемым для защиты другой культуры, которые высеваются одновременно;

— культура, высеваемая для защиты пернатой дичи.

В современных отечественных источниках [1,4] под ПК в основном понимают с.-х. культуры, под которые подсевают другие культуры, например многолетние травы. В качестве ПК используют культуры сплошного сева – зерновые, однолетние травы, лен, а также некоторые пропашные культуры, имеющие короткий период вегетации и меньше затеняющие подпокровные культуры. Лучше других отвечают этим требованиям яровой ячмень, а также однолетние травы, убираемые на корм, и озимые на зеленый корм. Например, под яровым ячменем невысокого травостоя выпадение трав за подсевной период всегда будет меньшим, нежели под высокорослым овсом. ПК убирают на высоком срезе, чтобы не повредить подпокровные растения. Солому или зеленую массу ПК сразу увозят с поля.

В более ранней отечественной литературе ПК считались растения, высеваемые в междурядьях плодового сада для поддержания определенного режима почвы. В течение весны и первой половины лета сады содержатся под черным паром. В конце июля и начале августа в междурядьях высеваются ПК, которые за оставшийся до зимы период развивают достаточную растительную массу. ПК способствуют вызреванию плодовых растений, задерживают снег и утепляют почву. Весной ПК запахиваются, обогащая почву органическим веществом и азотом (бобовые ПК). Лучшие ПК – клевер, вика озимая с рожью, вика обыкновенная с овсом, турнепс, гречиха, горчица, фацелия [3]. 

Сравнительный анализ терминологии ПК в зарубежных и отечественных источниках показывает их существенное отличие [1,3,4,5,8]. Отечественный термин ПК функционально сводится в основном к культурам, под которые высевают подпокровные культуры. В зарубежных источниках термин ПК характеризуется многозначностью, на первый план выходят защитные функции ПК (почвы, растений и др.) от эрозии, накопления органического вещества в почве (ОВ), а также ряда других положительных факторов. Авторы в данной статье, а также в других публикациях применяют термин ПК, принятый в англоязычных странах.

Появление новых способов подсева семян в уже растущие растения требует расширения понятия ПК. Например, способ посева ПК в хлеба на корню перед уборкой зерновых (фото). 

Фото. Подсев семян покровных культур перед уборкой зерновых

Хорошие результаты высева ПК по данному способу получены при высеве травосмеси, включающей: фацелию – 38 %, лен – 19 %, клевер александрийский – 13 %, траву гвизотию абиссинскую – 30 %.

Данный способ опробован в Германии и подтвердил высокую технологическую эффективность.

Защита от эрозии 

Эрозия верхнего слоя почвы происходит во многих хозяйствах, лишая поля наиболее плодородной части, содержащей самый высокий процент органических и питательных веществ. ПК могут сыграть важную роль в борьбе с эрозией почвы.

Дождевая капля, падающая с высокой скоростью, может вытеснять частицы почвы и заставлять их перемещаться на расстояние до 2 метров [7]. Когда частица почвы рыхлая, она гораздо более уязвима для уноса проточной водой. Любой надземный почвенный покров может частично справиться с сильным дождем, просто выступая в качестве подушки для дождевых капель.

Возделывание ПК позволяет: 

• замедлить действие поверхностных стоков, тем самым уменьшить перенос почвы за счет создания полосы препятствий из листьев, стеблей и корней, которые вода должна обходить при движении вниз по склону;

• повысить способность почвы поглощать и удерживать воду за счет улучшения структуры пористости, тем самым предотвращая перемещение большого количества воды по поверхности почвы; 

• стабилизировать частицы почвы в корневой системе ПК.

Уменьшение эрозии почвы путем возделывания ПК примерно пропорционально размеру покрова на почве. Согласно пересмотренному универсальному уравнению потери почвы, разработанному Службой охраны природных ресурсов [3], почвенный покров всего на 40 % с наступлением зимы может существенно снизить эрозию до весны.

Накопление органических веществ 

ОВ в почве улучшает ее структуру, повышает инфильтрацию и водоудерживающую способность, емкость катионного обмена (способность почвы действовать как краткосрочный банк хранения положительно заряженных питательных веществ для растений) и более эффективное долгосрочное накопление и хранение питательных веществ. Без ОВ не будет почвы как таковой, только мертвая смесь минеральных веществ от измельченных и выветрившихся камней.

ОВ включает тысячи различных веществ, полученных из гниющих листьев, корней, микроорганизмов, навоза и даже сурков, погибших в своих норах. Эти вещества действуют по-разному, создавая здоровую почву. При разложении разные растения оставляют после себя разные виды органических веществ, поэтому от выбора ПК во многом зависит, какие свойства почвы будут улучшены.

Ученые-почвоведы спорят о том, как классифицировать различные органические компоненты почвы. Большинство авторов считают, что часть почвы можно назвать «активной» фракцией, а другую часть можно назвать «стабильной» фракцией, которая примерно эквивалентна гумусу [6,7].

Между активными и стабильными фракциями есть много категорий. Активная фракция представляет собой наиболее легко разлагаемые части органического вещества почвы. Она обычно богата простыми сахарами и белками, а состоит в основном из недавно добавленных свежих остатков, микробных клеток и более простых продуктов жизнедеятельности микробов.

Поскольку микроорганизмы почвы, как и человеческие организмы, требуют сладкого, соединения, содержащие простые сахара, быстро исчезают. Белки также быстро выбираются из меню съедобных почвенных веществ. Когда эти соединения перевариваются, многие из содержащихся в них питательных веществ попадают в почву. Белки богаты азотом, поэтому активная фракция отвечает за высвобождение большей части азота, а также частично K, P и других питательных веществ из органики в почву. Легко разлагаемые белки и сахара почти полностью сгорают как источники энергии и не оставляют много места для образования органических веществ.

После того как микроорганизмы переработали части активной фракции, которые легче всего переварить, более специализированная их подгруппа начинает перерабатывать более сложный и прочный материал, такой как целлюлоза и лигнин, структурные материалы растений. Поскольку целлюлоза более жесткая, чем простые сахара, а лигнин разрушается очень медленно, они вносят больший вклад в гумус или стабильную фракцию. Гумус отвечает за придание почве богатого, темного, рыхлого состояния, а также за такие свойства, как влагоудержание и способность к катионообмену.

Сочные растительные материалы, богатые белками и сахарами, быстро выделяют питательные вещества, но оставляют мало органических в долгосрочной перспективе. Древесные или волокнистые растительные материалы выделяют питательные вещества гораздо медленнее, возможно, даже временно связывают их, но стабилизируют органическое вещество или гумус, что приводит к улучшению физических свойств почвы, повышению удерживающей способности, содержания питательных веществ и емкости катионного обмена.

В целом однолетние бобовые культуры сочные. Они быстро и легко выделяют азот и другие питательные вещества через активную фракцию, но не очень эффективны для накопления гумуса. Некоторые исследования показывают, что долгосрочное использование однолетних бобовых может увеличить содержание гумуса в почве [6]. Зерновые и другие травы, а также небобовые культуры способствуют образованию и накоплению гумуса, но не выделяют питательные вещества очень быстро или в больших количествах, если их заделывать в почву по мере приближения к созреванию. Многолетние бобовые, такие как белый и красный клевер, могут относиться к обеим категориям – их листья быстро разрушаются, но стебли и корневая система могут стать жесткими и волокнистыми, что способствует накоплению гумуса.

ПК помогают «склеивать» почву. По мере того, как почвенные микроорганизмы переваривают растительный материал, они производят некоторые соединения в дополнение к активным и стабильным фракциям органических веществ. Одна группа этих побочных продуктов известна как полисахариды. Это сложные сахара, которые действуют как клей в почве, связывая небольшие частицы почвы в группы или агрегаты. ПК могут способствовать хорошей агрегации в почве за счет увеличения производства этих и других микробных клеев, что повышает проницаемость и влагоудерживающую способность. Хорошо агрегированные почвы также менее склонны к уплотнению, которое, как было показано, снижает урожайность овощей, таких как фасоль, капуста и огурцы, на 50 % и более [7,8].

При разложении в почве бобовых ПК полисахариды образуются лучше, чем при разложении трав. Однако при этом полисахариды разлагаются в течение нескольких месяцев, поэтому их эффект агрегации длится только сезон после возделывания ПК.

Травы также способствуют хорошей агрегации, но с помощью другого механизма. У трав «волокнистая» корневая система, состоящая из множества тонких корней, отходящих от основания растения. Эти корни могут выделять соединения, которые помогают агрегировать почву между корнями.

Накапливание ОВ в почве происходит очень медленно. Почва, содержащая 3 % ОВ, может достичь 4 % в течение десятилетия или более длительного периода почвенного строительства. Но влияние увеличения содержания ОВ наблюдается задолго до того, как будет обнаружен его количественный прирост. Например, повышение агрегации, скорости инфильтрации воды и высвобождения питательных веществ станут заметными в первый сезон; в то время как для проявления других положительных свойств понадобится несколько лет [7].

Обработка почвы является важным фактором при возделывании ПК для повышения плодородия почвы, потому что она влияет на скорость накопления ОВ. При обычных режимах обработки почвы накопление ОВ затруднено. Обработка почвы ускоряет разложение ОВ, подвергая большую площадь ее поверхности воздействию кислорода, нагревая и высушивая почву, а также разбивая пожнивные остатки на более мелкие части с большей поверхностью. Подобно разжиганию огня, обработка почвы быстро «сжигает» или «окисляет» топливо, которым в данном случае является ОВ. Возникающая в результате потеря ОВ вызывает разрушение агрегатов почвы и ее структуры, что часто наблюдается в перегруженной почве.

При введении ПК в систему земледелия появляется возможность минимизации обработки почвы и повышения ее продуктивности в долгосрочной перспективе. Многие ПК, применяемые в практике хозяйств, можно засеять в растущие культуры или растения, а при нулевой обработке почвы и в растительные остатки. В противном случае увеличению количества ОВ может препятствовать более высокая скорость разложения.

Выводы 

Выращивание зеленых удобрений и покровных культур интересовало людей на протяжении многих поколений, тем не менее вопросам возделывания ПК в научных исследованиях не уделялось должного внимания. 

В последнее время среди ученых и практиков растет особый интерес к ПК, вызванный, в первую очередь, необходимостью повышения биоразнообразия с целью снижения зависимости производственных систем от синтетических удобрений и пестицидов.

ПК замедляют эрозию, способствуют накоплению ОВ, повышают плодородие почвы, подавляют сорняки, уменьшают расходы на химические обработки, увеличивают доступность и сохранность питательных веществ и влаги, помогают контролировать множество вредителей, увеличивают микробную популяцию, повышают структурную устойчивость почвы и имеют ряд других положительных эффектов в хозяйствах. 

ПК можно использовать в качестве ЗУ, живой мульчи, пожнивных остатков мульчи, промежуточных культур и корма. В то же время возделывание ПК может снизить затраты, увеличить прибыль и даже создать новые источники дохода. Прибыль от инвестиций в ПК образуется в течение многих лет, потому что положительный эффект от возделывания ПК имеет место в долгосрочной перспективе.

Неизбежное повышение затрат в ближайшие годы на энергоносители, а также на удобрения окажет сильное влияние на экономику хозяйств. В настоящее время невозможно предсказать интенсивность роста затрат на энергию, но, поскольку экономика ПК основана на балансе азота (сколько азота экономится или образуется при возделывании ПК), расходах на топливо (стоимость азота и проходах по полю) и цен на сырьевые товары, стоимость энергоносителей, безусловно, повлияет на экономику использования ПК.