Факультет

Студентам

Посетителям

Изучение состава компостов для повышения почвенного плодородия

Задача повышения и поддержания почвенного плодородия является одной из самых насущных задач практической деятельности человека и одной из самых сложных проблем, стоящих перед наукой.

Современные представления о почве основываются на положениях В. В. Докучаева и П. А. Костычева об исключительной роли живых организмов в образовании и жизни почвы.

В конечном счете плодородие большинства почв зависит преимущественно от динамики живого и мертвого органического вещества, играющей решающую роль в процессах почвообразования, в создании оптимальных физико-химических особенностей почвы, снабжении растений элементами минерального питания и биологически активными веществами. Масштабы абиотических процессов в почве несоизмеримо малы по сравнению с процессами, определяемыми жизнедеятельностью высших растений, микроорганизмов и животных.

Несмотря на важные исследования отечественных почвоведов, посвященные роли животных в почвообразовательных процессах, вплоть до недавнего времени внимание исследователей свойств почвы было сосредоточено в основном на участии корней высших растений и микроорганизмов в создании почвенного плодородия. В настоящее время успехи отечественной и зарубежных школ почвенных зоологов привели к тому, что переоценка роли микроорганизмов и недооценка роли почвенных животных начинает уступать место более объективной со стороны почвоведов оценке участия животных в жизни почвы.

Современные данные о роли беспозвоночных в процессах почвообразования, поддержании и повышении почвенного плодородия сведены в работах М. С. Гилярова, Франца, Кюнельта, Кевана.

Масштабы деятельности беспозвоночных в почве очень велики, что вытекает уже из данных по их общей численности. По материалам М. С. Гилярова, в почве на 1 м2 приходится в среднем от нескольких десятков до нескольких сотен более крупных беспозвоночных (дождевых червей, личинок жуков и двукрылых, многоножек и др.), от нескольких тысяч до сотен тысяч клещей и коллембол, сотни тысяч и миллионы нематод, не считая микроскопических простейших, тихоходок, коловраток и пр. По подсчетам И. В. Тюрина, на долю беспозвоночных животных, за исключением простейших, приходится от 3 до 30% из общей биомассы микроорганизмов и животных в почве, что может составлять до 1,1 г сухого веса на гектар. Грибы, актиномицеты, водоросли и простейшие составляют всего от 5 до 10% общей биомассы. Штёкли высчитал, что в верхнем 10-сантиметровом слое почвы на площади в 1 м2 содержится от 0,1 до 0,35 кг почвенных беспозвоночных.

Из всего комплекса сложных и разнообразных воздействий почвенных животных на формирование и свойства почвы наиболее существенным является участие их в трансформации органических веществ — процессах минерализации и гумификации. В целом участие почвенных беспозвоночных в этих процессах проявляется 1) в механическом размельчении и перемешивании отмерших растительных и животных остатков с минеральными частями почвы, 2) во влиянии кишечных ферментов на перерабатываемые массы, 3) в направленном влиянии на микробиологические процессы, 4) в осуществлении так называемых «цепей питания» в почве.

Образование гумуса является исключительно сложным по биохимической природе процессом, осуществляемым только в результате жизнедеятельности почвенных организмов. По новейшим представлениям, нельзя приписывать исключительной роли в образовании гумусовых веществ ни одной из групп почвенных организмов (грибам, бактериям или актиномицетам): процесс гумификации представляет собой результат жизнедеятельности всего почвенного сообщества организмов, в которое, как неотъемлемое звено, входят и почвенные животные.

Мертвые растительные остатки в почвах с малой активностью животных имеют, как правило, слабую степень гумификации. Во всех высоко развитых формациях гумуса преобладают экскременты животных, в которых минеральные частицы смешаны с органическими. Такое перемешивание и соединение органических и минеральных частей не может быть осуществлено никаким другим агентом в почве. С деятельностью фауны связывается природа гумуса. Грубый гумус (мор) образуется в условиях избыточного или недостаточного увлажнения и кислой реакции среды, препятствующей деятельности животных. Наиболее ценный гумус (мулль) образуется в условиях нейтральной среды и умеренного увлажнения при высокой активности беспозвоночных.

Исследователи, изучавшие в лабораторных условиях процессы образования гумусовых веществ микроорганизмами, свидетельствуют, что получаемые в опытах продукты по внешнему виду слишком далеки от природных форм гумуса, так как только в результате деятельности беспозвоночных животных новообразованные гумусовые вещества приобретают то состояние, которое присуще им в почве.

Изменение растительного опада в кишечном тракте беспозвоночных у различных животных происходит в различной степени и, как показано многочисленными исследователями, зависит как от вида животного, так и от характера потребляемой им пищи. Такие животные, как, например, двупарноногие многоножки и мокрицы, продуцируют экскременты, в которых содержание гуминовых кислот увеличивается лишь несущественно. Роль этих животных в разложении опада сводится к размельчению его и подготовке к дальнейшей переработке другими группами почвенных организмов. В кишечнике других животных (дождевые черви, личинки мух и пр.) происходит более глубокое разложение пищи, и существенно повышается степень гумификации органических веществ.

Дальнейшее превращение органических остатков происходит в экскрементах почвенных беспозвоночных, в которых гумусообразующие микроорганизмы находят для себя исключительно благоприятные условия в виде слабощелочной реакции среды и Продуктов расщепления белка, а также углеводов в качестве пищи. Микробиологическая активность в экскрементах беспозвоночных значительно выше, чем в непереработанном субстрате. Г. Ф. Курчевой показано, что исключение деятельности беспозвоночных замедляет процессы разложения лесной подстилки в несколько раз. При излишней стимуляции деятельности одной микрофлоры следует быстрое разложение органических остатков до конечных минеральных продуктов; при участии почвенных животных энергия потребляется экономнее, при этом часть органических веществ переходит в форму гумуса. Усложнение цепей питания в почве в результате деятельности разнообразных групп почвенных беспозвоночных ведет к уменьшению потерь поступающего в почву азота за счет консервирования белкового азота в телах животных и постепенного поступления его в почву по мере их отмирания. Так, Д. Ф. Соколовым в лабораторных опытах показано, что при разложении дубового опада с участием многоножек-кивсяков потеря азотистых соединений в 3—4 раза меньше, чем при разложении опада без участия животных.

Копролиты кивсяков обогащены углеродистыми и азотистыми соединениями.

За последнее время накапливается материал, позволяющий с новой точки зрения расценивать взаимоотношения организмов в почве. Продуцирование различными группами организмов биологически активных веществ типа витаминов, ауксинов, антибиотиков и пр. заставляет предполагать существование между ними непосредственных биохимических связей. Почвенным животным также присуща способность продуцировать и выделять в почву биологически активные вещества (стеролы, провитамин D и витамины группы В), как это показано недавно для дождевых червей. Различные виды «микроартропод» проявляют строгую специализацию в отношении к продуктам метаболизма микроорганизмов. Это позволяет предполагать, что богатое видами сообщество организмов обусловливает более многостороннюю биохимическую активность почвы, чем бедное.

Накопление, стабилизация и разложение гумусовых веществ, минерализация растительных и животных остатков, круговорот азота и других элементов питания растений, биохимическая активность почвы и ее структура целиком зависят от сложности и стабильности сообществ почвенных организмов. Только сообщества, включающие разнообразные группы бактерий, грибов, актиномицетов, водорослей, простейших и, как обязательное звено, беспозвоночных животных, способны обеспечить устойчивое равновесие динамических процессов в почве, обусловливающих ее плодородие.

С этой точки зрения следует обратить внимание на бедность сообщества организмов культурных полей. Многочисленные исследователи отмечают сильное обеднение видового состава почвенных животных и уменьшение плотности их населения при длительном хозяйственном использовании почв человеком. Регулярные обработки почвы уже чисто механически способствуют уничтожению большого количества полезных животных, что особенно сказывается на дождевых червях, личинках насекомых и других представителях мезофауны. Даже среди мелких членистоногих, для которых высокая скважность почвы особенно благоприятна, так как обеспечивает возможность проникновения в более глубокие слои, уменьшение общей численности при весенней и осенней обработке почвы достигает 25%.

Помимо механического влияния обработок, на состав и численность почвенных животных особо неблагоприятно влияют уничтожение растительного покрова и опада, постоянное изменение микроклимата и состава растительности при ежегодной смене культивируемых растений, а также действие инсектицидов и пр.

В пахотных почвах нарушается естественное равновесие между процессами образования и разложения гумусовых веществ, и гумусовые запасы почвы быстро убывают. Ослабление процессов гумусообразования в пахотной почве является следствием не только недостаточного поступления в почву растительных остатков при удалении урожая с поля, но и следствием нарушения равновесия между сообществом гумусообразующих и минерализующих организмов. При далеко зашедших нарушениях этого равновесия внесение в почву даже избыточного по сравнению с урожаем количества растительных остатков не приводит к накоплению гумуса, так как процесс разложения идет до полной минерализации. Таким образом, проблема пополнения гумусовых запасов почвы сопряжена с проблемой обеспечения стабильности и сложности сообществ почвенных организмов, в том числе обогащения культурных почв полезными животными-почвообразователями.

Безвозвратное потребление гумусовых запасов почвы, как свидетельствует Франц, представляет собой наихудший вид хищнического ее использования. Поддержание уровня гумусовых запасов в пахотной почве может быть осуществлено путем регулярного внесения органических удобрений. Проблема органических удобрений — одна из центральных агрономических задач. Решение ее возможно только при детальном знании биологических процессов, которые совершаются при разложении и превращениях органических остатков в подготавливаемых органических удобрениях и почве, и прежде всего в знании роли каждого вида организмов в этих процессах.

В системе органических удобрений важное место занимают компосты. Приготовление компостов представляет собой, по существу, стимуляцию процесса образования гумуса из разного рода органических остатков.

Компостирование сельскохозяйственных и промышленных отбросов служит как агротехническим, так и санитарным целям, ибо в процессе созревания компостов создаются условия, неблагоприятные для патогенных организмов, и происходит их гибель.

Санитарные задачи компостирования особенно резко выступают на первый план при утилизации городских отбросов. В целях скорейшего обезвреживания больших количеств отходов городов в последние годы интенсивно развиваются ускоренные промышленные методы механизированной термической переработки городского мусора. Процесс переработки отбросов в промышленных установках протекает всего несколько дней в условиях, стимулирующих деятельность почти исключительно термофильной микрофлоры. Эти процессы, естественно, нельзя сравнивать с процессами, происходящими при созревании компостов в полевых условиях, при многостороннем воздействии сложного сообщества организмов, в том числе и почвенных животных. Обеспечивая быстрое обезвреживание органических отходов и переработку их в более или менее приемлемую форму удобрений, ускоренное промышленное компостирование не может, однако, служить созданию этих органических удобрений в наиболее благоприятной форме — высокоценных структурно оформленных гумусовых веществ.

Анализируя пути совершенствования компостирования за последнее столетие, австрийский почвовед Франц отмечает как наиболее прогрессивное направление стимуляцию образования в компостах возможно более стабильных продуктов разложения растительных остатков для синтеза гумусовых веществ. В нашей отечественной агрохимической практике основное внимание обращается на образование в компостах подвижных элементов минерального питания растений и предотвращение их потерь, т. е. на процессы минерализации. Такой подход обусловлен широким применением у нас в стране торфа как органического удобрения и возникающими в связи с этим задачами его активирования.

Несмотря на большое количество исследований, посвященных биохимии и микробиологии компостов, создание единой научной теории компостообразования еще очень далеко от своего завершения, остро ощущается недостаток знаний для точной оценки происходящих процессов. Само собой разумеется, что создание теории компостирования представляет собой задачу комплексной деятельности агрохимиков, почвоведов, микробиологов и зоологов и тесно связано с проблемой изучения гумуса. В пределах каждой из областей исследования точное знание процессов, протекающих в компосте, является непременным условием дальнейшего синтеза знаний для решения этой чрезвычайно важной теоретической и практической проблемы.

Целенаправленное изучение животного населения навоза и компостов было начато в Австрии Францем и его сотрудниками в начале 40-х годов. Ими впервые были опубликованы исследования, дающие представления о групповом и видовом составе компостной фауны, общей численности и распределении различных групп беспозвоночных в компостах, влиянии характера компостируемых материалов и сроков закладки буртов на заселенность их животными. Францем высказана также мысль о том, что компосты могут иметь значение и для инокуляции почвы полезными беспозвоночными. Швейцарским исследователем Штёкли опубликовано несколько работ, посвященных проблеме участия почвенных животных в переработке компостируемых веществ и характеру изменения их численности с увеличением сроков лежания компостов. Сведения об отдельных систематических группах животных в компостах и влиянии на них минеральных удобрений можно почерпнуть в работах Г. Гизин, Хёллера и Хёллер-Ланд, Мроза. Комплексному изучению фауны компостов посвящены публикации Мроза, Заксе, Зауерланда и Траппманна. Проблема использования почвообитающих животных в переработке органических удобрений уже переходит в область практическою применения. Так, ставится вопрос об инокуляции компостов дождевыми червями и энхитреидами и разработаны методы «естественного компостирования», рассчитанные на максимальную интенсивность перерабатывающей деятельности почвенных животных.

Несмотря на то что уже выявлен ряд интересных и практически важных закономерностей, все сделанное можно расценивать еще лишь как первые шаги в изучении зоологии компостов.

Одним из существенных пробелов, тормозящих дальнейшие успехи в этой области, является недостаточно глубокая изученность тех изменений, которые происходят в сообществе населяющих компост животных в процессе изменения среды. В. Я. Частухин, много работавший по грибам, разрушающим остатки растений, отмечал, что «для того, чтобы разработать рациональную, экологически обоснованную систему компостирования, нужно детально изучить состав и последовательность появления отдельных видов организмов…» при превращениях компостируемых веществ.

Если вы нашли ошибку, пожалуйста, выделите фрагмент текста и нажмите Ctrl+Enter.



Сообщить об опечатке

Текст, который будет отправлен нашим редакторам: