Отложение экскрементов оказывает на луговые растения разностороннее влияние, как непосредственное (например, погребение), так и косвенное (через изменение почвы).
На почву, включая; населяющие ее микро- и макроскопические организмы, экскременты влияют намного сильнее, чем стравливание. С экскрементами в почву возвращается значительная, а нередко большая часть элементов минерального питания, содержащихся в траве, съеденной животными, что зависит от вида выпасающихся животных и особенно от системы использования пастбищ, в частности длительности пребывания скота на пастбище в течение дня. Поступление с экскрементами на поверхность почвы больших количеств богатого азотом легко минерализующегося органического вещества способствует повышению микробиологической активности почвы и жизнедеятельности почвенной мезофауны, в частности дождевых червей, что ведет к ускорению разложения отмерших органов растений, препятствует накоплению их в почве в неразложившемся или полуразложившемся состоянии. В соответствии с этим почвы пастбищ более богаты доступными для растений элементами минерального питания, чем почвы сенокосов, находящиеся в сходных условиях. Благотворное влияние экскрементов, конечно, проявляется в полной мере, лишь когда нет нарушения физических свойств почвы из-за ее уплотнения и деформации поверхности при выпасе по сырой почве.
Количество экскрементов, а следовательно, интенсивность воздействия их на почву и растения зависит от продуктивности пастбищ, а также от организации их использования. Чем выше продуктивность пастбищ, тем больше животных может выпасаться в единицу времени на данной площади и тем больше экскрементов при прочих равных условиях откладывается на поверхности почвы. При круглосуточном выпасе, естественно, их откладывается гораздо больше, чем при выпасе скота лишь в течение части суток.
Влияние экскрементов на почву и растения определяется не только их количеством, но и химическим составом, физическими свойствами, формой и особенностью их распределения по поверхности, а все это зависит от вида выпасающихся животных. На пастбище поступают как жидкие (моча), так и твердые (кал) экскременты, химический состав которых изменяется в довольно широких пределах, что обусловлено химическим составом съеденной травы, а это в свою очередь определяется видовым составом травостоев пастбищ и обеспеченностью растений элементами минерального питания.
Из результатов наблюдений, проведенных в Шотландии на двух типах пастбищ, видно, что содержание в кале овец при выпасе их на красноовсянице-тонкополевицевом пастбище азота было 2,05, фосфора — 0,73%, а при выпасе на белоуснике соответственно 1,52 и 0,64%. Общее количество азота и фосфора, поступавших на поверхность луга с экскрементами овец, было на первом типе (кг/га): азота 50,0 (в том числе с мочой 32,8), фосфора (в кале) — 11,18; на втором типе (кг/га): азота — 16,9 (в том числе с мочой 10,3), фосфора — 4,77. Поскольку при внесении удобрений изменяются состав травостоев и содержание в траве элементов минерального питания, соответствующие изменения происходят в химическом составе экскрементов животных. В частности, можно ожидать значительного увеличения содержания азота в моче при внесении на пастбища больших доз азота.
Отдельные виды скота выделяют на пастбищах твердые экскременты различного состава. Содержание воды наивысшее в экскрементах крупного рогатого скота (обычно примерно 80%) и наименьшее в экскрементах лошадей и овец (60—65%). Особенно богаты элементами минерального питания растений экскременты овец; значительно меньше азота, фосфора, калия, кальция, магния в экскрементах крупного рогатого скота. Крупный рогатый скот выделяет кал 6—14 раз в день в следующем количестве: у молочных коров от 2,5 до 3,5, у молодняка 1,2—2,0; а овцы — 0,3—0,6 кг сухого вещества.
В зависимости от вида корма, количества выпитой воды и температуры воздуха в значительных пределах изменяется количество мочи, выделяемой животными (в литрах в день): у взрослого крупного рогатого скота — от 6 до 25, овец — от 0,5 до 2,0, лошадей — от 3 до 15, свиней — 1,5—6,0. Содержание сухого вещества в моче варьируется в следующих пределах (%): у крупного рогатого скота — 5—8, овец — 10—15, лошадей — 8—13, свиней — 3—6; органического вещества (%): у крупного рогатого скота 3,2, овец — 5—10, лошадей 5—8; азота (%): у крупного рогатого скота 0,3—1,0, овец — 1,3—2,5, лошадей — 1,5, свиней 0,2—0,4. Из зольных элементов в моче в наибольшем количестве содержится калий и в крайне незначительных количествах фосфор (в моче крупного рогатого скота и лошадей он часто отсутствует). Моча, содержащая немало органического вещества, представляет ценность для микроскопических гетеротрофов и как источник энергии. Таким образом, с мочой на пастбища поступают значительное количество азота, калия и энергетического материала, причем моча овец более богата этими элементами и энергией, чем моча крупного рогатого скота. В опытах, проведенных с овцами, установлено, что основное количество поступающих на пастбища азота и калия содержится в моче, а фосфора — в кале. Так, при выпасе овец на злаково-клеверном пастбище в среднем за 2 года поступило с мочой азота 115, фосфора — 0,22, калия — 155 кг/га; с калом — азота 42, фосфора — 22, калия — 42 кг/га. Аналогичные данные получены в других опытах. Общая площадь политая мочой, составляет от 1 до 4 м2 в день на 1 корову; в эти места поступает до 550 кг/га N и К.
Моча легко проникает в почву, и содержащиеся в ней элементы минерального питания быстрее и полнее используются растениями, чем те же элементы, находящиеся в кале. Если моча, достаточно концентрированная, она в состоянии оказывать на травянистые растения некоторое гербицидное влияние. Обжиг травы мочой значительно возрастает при применении высоких доз азотных удобрений. Моча отдельных коров обладает различным гербицидным действием. В утренней моче выше содержание азота и калия, поэтому она в большей степени повреждает растения, чем моча, выделяемая в конце дня. Отрицательное воздействие мочи на растения усугубляется тем, что азот в ней содержится главным образом в форме мочевины и гиппуровой кислоты, отчего поступление мочи в почву сопровождается бурным процессом аммонификации, образованием больших количеств NH3 и NH4, а это может обусловить резкое повышение щелочности почвы (сама моча крупного рогатого скота имеет pH 7,7), отрицательно влияющее на растения и некоторые почвенные организмы и ведущее к потерям азота из-за улетучивания аммиака.
Обеспечение скота на пастбищах хорошими водопоями способствует не только лучшему поеданию травы, но и более полному использованию азота, содержащегося в моче, а также устранению ее побочного отрицательного действия на растения. Во влажную погоду подщелачивание почвы проявляется слабее или вовсе не проявляется. Резкое повышение щелочности почвы, вызванное образованием NH4, быстро исчезает, так как аммоний поглощается растениями или превращается в нитраты. Повреждения, связанные с увеличением щелочности почвы, устраняются в течение короткого периода времени, чему способствует высокое обеспечение травянистых растений доступными формами азота. Отдельные виды растений проявляют различную устойчивость к воздействию мочи. Райграс многолетний, мятлик обыкновенный, клевер белый реагируют отрицательно, но постепенно восстанавливают свое исходное участие. Мятлик однолетний и пырей ползучий проявляют положительную реакцию. Поедаемость травы в местах, политых мочой, быстро восстанавливается.
Иначе на луговые биогеоценозы влияют твердые экскременты, покрывающие значительные площади на пастбищах крупного рогатого скота, поскольку одна корова выделяет ежедневно кал, занимающий 0,5—1,5 м2. В местах отложений кала на пастбище поступает до 900 кг/га N, 240 кг/га Р и 270 кг/га К. Они не только непосредственно воздействуют на растения, обусловливая иногда их гибель, не только способствуют обогащению почвы элементами минерального питания растений, а приземного воздуха углекислым газом, но и обеспечивают энергией, а также создают условия для существования микроскопических и макроскопических копротрофных организмов. Наиболее равномерно (за исключением мест отдыха) распределяются экскременты овец и коз, представленные как бы небольшими гранулами органического вещества. Такие экскременты не могут оказывать неблагоприятного механического воздействия на растения, и при их разложении происходит постепенное поступление в почву содержащихся в них элементов минерального питания растений; они поэтому оказывают лишь положительное влияние на растения. Свиньи также откладывают экскременты в виде сравнительно небольших отдельностей, оказывающих на луговые растения лишь благоприятное воздействие или почти не оказывающих вредного, побочного влияния. У крупного рогатого скота кал неоформленный, жидкой консистенции; попадая на поверхность почвы, он растекается, образуя «лепешки» различных размеров (обычно 20—30 см в диаметре).
Скорость разложения экскрементов зависит от метеорологических условий: в теплую влажную погоду оно идет быстрее, чем в холодную и сухую. Твердые экскременты представляют собой массу органического вещества, состоящую из размельченных частей непереваренных животными растений, из микробиальной массы, а также из продуктов, образующихся в пищеварительном тракте при переваривании корма. Они содержат большое количество микроорганизмов, главным образом бактерий, численность которых со временем снижается. Кал животных представляет собой весьма благоприятное местообитание для многих копротрофных видов беспозвоночных животных, главным образом насекомых и дождевых червей, что связано с высоким обеспечением их энергией и веществами, а также с благоприятными тепловыми условиями (температура разлагающихся экскрементов выше температуры окружающей среды).
Экскременты скота разлагаются быстрее, чем отмершие органы луговых растений, что в значительной мере связано с потреблением их копротрофами. При исключении копротрофов разложение экскрементов скота на пастбищах происходит почти вдвое медленнее (Kajak, 1974). Общее количество видов насекомых, заселяющих экскременты, значительно. Так, по наблюдениям в Болгарии в экскрементах крупного рогатого скота обнаружено 44 вида насекомых; по другим данным обнаружено 25 видов мух. По наблюдениям в Польше на овечьих пастбищах в экскрементах поселяются животные, относящиеся к 6 порядкам. Особенно обильно представлены личинки мух (представители 11 семейств), составляющие 33% от общего числа особей животных (Olechowicz, 1974). Помимо мух в овечьих экскрементах много жуков-навозников (Scarabaeidae), представленных 16 видами. Мухи и жуки откладывают на свежие экскременты яйца, из которых выходят личинки, питающиеся экскрементами и пронизывающие их своими ходами, что способствует доступу воздуха и ускоряет разложение.
Установлено несколько стадий в разложении экскрементов с участием различных видов насекомых. Животные, населяющие экскременты, производят частичное перемещение их в почву, что «особенно эффективно осуществляется жуками-навозниками. В связи с этим проводятся исследования по выявлению видов жуков-навозников, наиболее быстро обеспечивающих разложение и перемещение экскрементов в почву. Подсчитано, что без воздействия жуков-навозников из экскрементов, отложенных на пастбище, теряется до 80% азота, а там, где экскременты перерабатываются жуками-навозниками, всего 5—15%. В настоящее время в США :интродуцировано 30 видов жуков-навозников. Из них наиболее эффективным оказался африканский вид Ontophagus gazella, в течение недели осуществляющий перемещение 82—88% экскрементов в почву, в то время как местные виды жуков-навозников менее эффективны. Аналогичные исследования по интродукции жуков-навозников проводятся в Австралии. Большое значение в разложении экскрементов и в перемещении их в почву также имеют дождевые черви, которые могут перерабатывать значительные количества экскрементов. Предварительное воздействие на экскременты личинок насекомых повышает активность дождевых червей.
При разложении экскрементов происходят то большие, то меньшие потери азота в результате улетучивания аммиака, что зависит от метеорологических условий. Растения (трава, мхи), погребенные под экскрементами крупного рогатого скота, из-за прекращения доступа к ним воздуха и света отмирают, а по периферии «лепешки» создаются особо благоприятные условия для произрастания луговых трав, что связано с повышенным обеспечением их доступными формами элементов минерального питания, особенно азотом. Образуются «голые пятна» почвы, окруженные каймой пышно развитых растений. Постепенно они зарастают с периферии главным образом вегетативно-подвижными видами, но трава в течение более или менее длительного срока не поедается крупным рогатым скотом из-за запаха кала, но может поедаться другими видами животных. В такие места нередко внедряются чуждые ценозу виды, в том числе полевые сорняки. В результате высокой обеспеченности азотом и зольными элементами, а также непоедания скотом в течение нескольких месяцев, травы, выросшие в местах отложения экскрементов, как бы отдыхают, повышая уровень своего жизненного состояния.
У лошадей кал оформленный, содержащий меньшее количество воды по сравнению с твердыми экскрементами крупного рогатого скота. Он откладывается в виде довольно крупных, но относительно рыхлых кучек, что способствует быстрому его разложению, благодаря чему механическое подавление растений, перекрытых экскрементами, меньше, чем при перекрытии экскрементами крупного рогатого скота. Быстрое разложение кала ведет к образованию в местах его отложения пятен пышно развитых трав. По наблюдениям в пойме р. Оки в таких местах часто возникают заросли длиннокорневищевых злаков — костра безостого и пырея ползучего, которые, по-видимому, особенно благоприятно реагируют на перекрытие конскими экскрементами.
Экскременты птиц (гусей, кур) отлагаются в небольшом количестве, но из-за особенностей химического состава они оказывают отрицательное влияние на большинство видов луговых трав.
С экскрементами животных на луга поступают не только органическое вещество и элементы минерального питания растений, но и жизнеспособные семена, а кроме того и возбудители ряда болезней животных, в первую очередь яйца и личинки гельминтов. Содержание в экскрементах возбудителей глистных заболеваний скота интенсивно изучалось в ряде стран. В соответствии с полученными данными разработаны приемы использования пастбищ, для предотвращения глистных заболеваний животных. Нередко недостаточно чередования в использовании отдельных участков (загонов), как это практикуется при загонном выпасе, а необходимо прекращение пастьбы скота на 1—2 года и более. В некоторых случаях эффективные результаты может дать перевод пастбищ в сенокосы в сочетании с мерами, обеспечивающими обсеменение ценных кормовых растений, и, где это необходимо, мерами борьбы с сорняками. Для борьбы с гельминтами лошадей на культурных пастбищах практикуются сбор и удаление их экскрементов.
Ранее широко рекомендовалось разравнивать на пастбищах экскременты крупного рогатого скота. При этом резко возрастает площадь загрязнения ими травы. Так, в одном опыте площадь пастбища, не используемая скотом в результате загрязнения экскрементами, составляла при разравнивании 20,9%, а без разравнивания — 10,2% (Юарр, 1971). Для более равномерного распределения содержащихся в экскрементах органического вещества, элементов минерального питания растений и семян, без ущерба: для поедаемости травы, экскременты рекомендуется разравнивать осенью после окончания выпаса скота.
В местах скопления крупного рогатого скота и овец, особенно на отгонных пастбищах, где скот в течение всего пастбищного сезона, а иногда и из года в год сосредоточивается на ночлег в одном и том же месте, луговая растительность в результате интенсивного вытаптывания и отложения большого количества экскрементов полностью разрушается. При смене таких стойбищ происходит процесс демутации — возврат к состоянию, близкому к исходному. Наиболее полно он изучен для горных районов (Кавказа, Карпат, гор Западной Европы). Первые стадии формирования растительности на заброшенных стойбищах характеризуются образованием зарослей крупного нитрофильного разнотравья; «возврат к исходному состоянию» происходит медленно, во многих районах нередко формируются длительно существующие заросли щавеля альпийского. При смене стойбищ так, чтобы скот оставался на одном месте недолго (иногда одну ночь), разрушения растительности не происходит, а почва хорошо удобряется экскрементами. Поэтому в последующие годы происходит значительное повышение урожайности и улучшение качественного состава травостоя вплоть до исчезновения на белоусниках белоуса и замены его более ценными в кормовом отношении злаками и бобовыми. Практикуется смена овечьих стойбищ (кошарование), реже смена стойбищ крупного рогатого скота.
В опытах, проведенных на овечьих пастбищах в Новой Зеландии, было установлено, что исключение отложения овцами экскрементов снижает урожай пастбищ на 20—40%. В опыте, проведенном в Луговом институте в Херли, были получены следующие данные. При нагрузке 25 голов овец на 1 га продукция (т/га сухого вещества) на варианте «одна дефолиация» — 9,0; «дефолиация + вытаптывание» — 8,6; «дефолиация + отложение экскрементов» — 10,9. Содержание (%) райграса многолетнего изменялось соответственно 27, 28, 47, а белого клевера 70, 69, 50. Таким образом, вытаптывание несколько снижало урожай и не влияло на ботанический состав травостоя, а отложение экскрементов привело к увеличению урожая и участия в травостое райграса, но снизило содержание клевера (Curll, Wilkins, 1979).