Следует добавить, что в почвах с мулем (наилучший тип перегноя) многочисленны крупные сапрофаги: моллюски, энхитреиды, дождевые черви, многоножки, мокрицы и личинки насекомых. При этом дождевые черви довольно часто составляют подавляющее большинство среди крупных сапрофагов, иногда вовсе вытесняя последних (10).
Чрезвычайно важную роль почвенных беспозвоночных животных, в первую очередь сапрофагов, в гумусообразовании Курчева объясняет тем, что сапрофаги способны поедать растительные остатки на всех стадиях разложения и в любом виде: отмершие травы, плоды, цветы, листья деревьев и даже древесину. Одни и те же группы или виды беспозвоночных с одинаковым успехом потребляют любой опад. Почвенные беспозвоночные животные осуществляют свою жизнедеятельность в подстилке, на поверхности почвы и в почве, составляя подавляющее большинство (99,8 % численности и биомассы) среди представителей почвенной фауны. Почвенные беспозвоночные стимулируют деятельность микроорганизмов, а некоторые из них не только продуцируют целлюлозу, но и способны самостоятельно перерабатывать клетчатку (10). Почвенные сапрофаги выделяют полифенолоксидазу, играющую важнейшую роль в гумусообразовании (10). В других исследованиях было показано, что процесс гумификации обеспечивается за счет деятельности разнообразных представителей микрофлоры, а также микро- и макроскопических животных, перерабатывающих органические остатки (11). Подтверждением активной роли почвенных беспозвоночных в процессе накопления гумуса служит вывод Мишустина о том, что гумусообразование активнее происходит в верхних слоях почвы (12). Факт превращения 10 % подвижного азота в менее доступную форму в результате жизнедеятельности дождевых червей, наблюдаемый в опытах Abbott и Parker (13), свидетельствует об активном участии их в процессе гумусообразования. В опытах de Lacy в присутствии дождевых червей улучшалось проникновение влаги в почву, в глубокие слои перемещался органический материал, известь и удобрения; усиливалась аэрация, что способствовало формированию почвенной структуры, благоприятной для развития корневых систем. Черви, перерабатывая органический материал, повышали плодородие почвы (14).
Анализ биологических особенностей и условий нормальной деятельности почвенных беспозвоночных животных делает понятной их невысокую активность в обрабатываемых почвах, что является одной из основных причин интенсивного разрушения органического вещества в этих условиях.
Наиболее важные факторы, оказывающие непосредственное влияние на почвенных беспозвоночных животных - температура и влажность среды. Для различных почвенных сапрофагов верхняя граница оптимальной температуры находится преимущественно в пределах 15-30 °С, для микроорганизмов она равна 35°С. Для большинства сапрофагов оптимальная относительная влажность воздуха - 90-100 %. Микроорганизмы, участвующие в процессах превращения органических веществ, могут проявить активность при влажности, приближающейся к максимальной гигроскопичности, и способны усваивать влагу, малодоступную для высших растений. Оптимальная влажность для большинства микроорганизмов колеблется в пределах 60-80 % от полевой влагоемкости.
Время генерации сапрофагов при влажной и прохладной погоде в весенне-летний период увеличивается, а при более сухой и теплой погоде их развитие проходит значительно быстрее. Почвенные сапрофаги, особенно дождевые черви, энхитреиды и клещи, реагируют на изменение влажности, перемещаясь в более влажные слои.
В целом микроорганизмы по сравнению с почвенными животными могут перерабатывать органические остатки не только при более низкой температуре, позволяющей быть им довольно активными и зимой, но и при значительно более низкой влажности летом (10).
Эти особенности развития микроорганизмов и почвенных животных на обрабатываемых почвах обусловливают возможность деятельности микроорганизмов, разрушающих гумус в течение всего года, а почвенных беспозвоночных животных, участвующих в его накоплении - в течение нескольких недель, максимум месяцев. В результате в обрабатываемых почвах процесс минерализации гумуса, вызываемый вспашкой, не компенсируется процессом гумификации даже при периодическом внесении навоза, то есть в системе преобладает разрушение. Это также объясняется и биологическими особенностями двух групп почвенной фауны и главным образом условиями их жизнедеятельности, определяемыми способом и режимом обработки почвы. Так, известно, что под мульчей даже в самые засушливые периоды года почва остается относительно влажной. В то же время даже в годы с хорошей увлажненностью глубокая некачественная вспашка приводит к пересыханию почвы на глубине 30-50 см и более. Даже такой пример, рассматриваемый с учетом биологических особенностей почвенных беспозвоночных животных, свидетельствует о возможности регулирования их численности и жизнедеятельности и, следовательно, о реальных перспективах регулирования процесса гумусообразования. Существующая же система обработки не направлена на улучшение условий жизнедеятельности основных представителей почвенной фауны, наиболее эффективно участвующих в гумусообразовании.
Признав первостепенную роль в гумусообразовании за почвенными беспозвоночными животными, жизнедеятельность которых протекает в аэробных условиях, мы тем самым еще раз показали отсутствие необходимости оборота пласта и глубокого рыхления в процессе обработки почвы как средства обеспечения условий для эффективного протекания процесса гумусообразования. Наоборот, мелкая мульчирующая обработка, создающая или сохраняющая на поверхности поля мульчирующий слой из остатков растений и почвы, доведенной до мелкокомковатого состояния, предотвращает пересыхание верхнего слоя и обеспечивает оптимальные условия для эффективного гумусообразования как в аэробных условиях (на поверхности почвы, в верхнем мульчирующем слое) вследствие жизнедеятельности почвенных беспозвоночных животных, так и в анаэробных условиях (в более глубоких слоях почвы) под действием соответствующих микроорганизмов. При этом субстратом для почвенных беспозвоночных животных, обитающих в аэробных условиях, является побочная продукция (солома, полова, ботва и т. п.) и частично корни возделываемых растений, размещающиеся в самом верхнем слое (до 4-6 см), а для анаэробных бактерий - основная масса корневой системы, размещающаяся в более глубоких (глубже 4-6 см) слоях почвы.
При таком подходе к обработке почвы как средству обеспечения оптимальных условий для эффективного протекания процесса гумусообразования важно правильно определить мощность (толщину) и состояние мульчирующего слоя. Он должен состоять из побочной продукции остатков культурных (возделываемых) растений (стерня, полова, частично корневая система и т.п.) и верхнего, измельченного до мелкокомковатого состояния и хорошо перемешанного слоя почвы, так как органическая масса в полную меру включается в процесс разложения лишь при отделении ее от корня (10). Исключить перемешивание можно лишь в условиях развития ветровой эрозии, когда растительные остатки должны выполнять роль противодефляционного средства.
Толщина мульчирующего слоя должна определяться климатическими условиями зоны, района: чем они суше, тем толще (но не более 8-10 см) должен быть мульчирующий слой. При этом следует стремиться к тому, чтобы доля почвы в мульчирующем слое не превышала 50 %, хотя в конкретном случае это определяется в основном биологическими особенностями и хозяйственной значимостью возделываемой культуры, предшествующей обработкой, специализацией, уровнем рентабельности хозяйства, потребностью и характером использования побочной продукции и т. п. Например, мульчирующий слой на поверхности почвы после уборки озимых культур, побочная продукция которых (солома) не имеет высокой хозяйственной ценности, может состоять на 50- 70% из послеуборочных остатков и соломы. В то же время мульчирующий слой на поверхности почвы после уборки культур, основная и побочная продукция которых имеет высокую хозяйственную ценность и полностью отчуждается с поля (например, сахарной свеклы), должен почти полностью состоять из почвы, доведенной до мелкокомковатого состояния.
Подтверждением того, что такая обработка создает реальную основу для установления равновесия в системе «накопление-разруше-ние» и даже сдвига в сторону накопления гумуса, могут служить результаты исследований нашего института и других научно-исследо-вательских учреждений.
Так, в наших исследованиях при применении мульчирующего способа обработки в течение 6 лет на 84 % уменьшился смыв почвы и почти в 2 раза увеличилось количество червеходов с выходом на дневную поверхность (15, 16). При этом количество водопрочных агрегатов размером более 1 мм увеличилось на 10-19%, а гумуса - на 0,3 % (17). Влияние исключения глубоких обработок на развитие дождевых червей показано в работе Канта (18). По его сведениям, количество дождевых червей на фоне прямого посева, применяемого на постоянном месте в течение трех лет, было больше, чем при вспашке и фрезерной обработке, соответственно в 5,4 и 3,6 раза (18). В опытах Gerard и Hay после шестилетнего применения вспашки и нулевой обработки при монокультуре ячменя численность дождевых червей увеличилась соответственно на 85 и 210 % (19), то есть исключение вспашки ускоряло размножение животных почти в 2,5 раза.
Наряду с этим поверхностная мульчирующая обработка обеспечивает лучшие условия гумусового баланса. По данным ТСХА, суммарная минерализация гумуса почвы в слое 0-20 см по вспашке составила около 1 т/га, а по поверхностной обработке 0,7 т/га гумуса ежегодно. Аналогичные результаты получены в Литовском НИИ земледелия и Северо-Западном НИИ сельского хозяйства (20). Большее накопление органического вещества при минимальной и нулевой обработках с мульчированием почвы наблюдали многие исследователи (21-23).
Итак, мы показали нецелесообразность и несовместимость глубокой отвальной обработки - вспашки с процессами накопления гумуса в почве. Современная сельскохозяйственная наука и практика располагают данными, позволяющими разработать и эффективно применить приемы, альтернативные вспашке, но выполняющие ее основные задачи - создание условий для превращения потенциального плодородия в эффективное с целью обеспечения растений элементами зольной пищи; регулирование агрофизических свойств почвы (объемная масса, водопроницаемость, структурность и т.п.); борьба с сорняками, вредителями и болезнями и т.д.
Однако сохраняется необходимость во вспашке как в способе заделки семян и внесения удобрений в почвы, исключающем их потерю. То есть обработка почвы как часть системы земледелия сохранится и в будущем, но суть ее должна коренным образом измениться. В основном необходимо совершенствовать мульчирующую обработку, уменьшать глубину и площадь обрабатываемой поверхности, заменять глубокую отвальную осеннюю обработку предпосевным локальным (в зоне рядков) рыхлением почвы с внесением полной дозы минеральных удобрений и посевом семян в обрабатываемые полосы. Этот способ обработки почвы исключит активную минерализацию гумуса, создаст условия для его эффективного накопления и обеспечит хорошие условия для качественного внесения минеральных удобрений и посева семян на оптимальную глубину.
В наших опытах, проводившихся в течение четырех лет, приемы сокращения глубины и обрабатываемой поверхности поля изучались в мелкоделяночных опытах в севооборотах различного типа. В зернопропашном севообороте локальная обработка почвы на ширину обрабатываемой полосы 2,5 см, глубину 10 см с внесением полной дозы NPK и посевом семян в обрабатываемые полосы, проводимая вместо отвальной основной зяблевой обработки, обеспечила прибавку урожая зерна озимой пшеницы и ячменя 2,4 ц/га. У пропашных культур - сахарной свеклы и кукурузы - наибольшая прибавка урожая (соответственно 26 и 68 ц/га) обеспечивалась при локальной обработке со следующими параметрами полос в зоне рядка: ширина - 14 см, глубина - 14 см.
В плодосменном севообороте при локальной обработке (параметры: ширина полос 2,5 см, глубина - 10 см) была получена прибавка урожая зеленой массы вико-овсяной смеси 11,0 ц/га, озимой пшеницы 3,4 ц/га, ячменя 0,5 ц/га. Только у вики, выращиваемой на зерно, урожайность снизилась на 4,1 ц/га. В почвозащитном севообороте при локальной обработке с параметрами: ширина 2,5 см и глубина 10 см достоверную прибавку урожая отмечали только у овса, выращиваемого на зерно (2,6 ц/га). У многолетних трав первого и второго года пользования проявлялась тенденция к снижению урожая. Не было получено прибавки урожая зерна озимой ржи, размещаемой после трав двух лет пользования. В целом же результаты исследований показали возможность и целесообразность замены отвальной основной зяблевой обработки локальным предпосевным рыхлением почвы в зоне рядка с внесением полной дозы NPK и посевом семян в обрабатываемые полосы.
Таким образом, действительно глубокая отвальная обработка почвы несовместима с процессом эффективного гумусообразования. Замена ее мелкой мульчирующей обработкой обусловливает интенсивное размножение и активную жизнедеятельность почвенных беспозвоночных животных - основных представителей почвенной фауны, наиболее активно участвующих в гумусообразовании в условиях аэробиозиса, и обеспечивает одинаковое использование в процессе гумусообразования в условиях анаэробиозиса растительных остатков луговой и степной формаций - однолетних и многолетних культурных растений.
Логическим завершением данной работы является открытый нами закон земледелия (Картамышев Н.И., диплом № 150, 2000 г.). Этот закон утверждает: «Под влиянием естественных факторов происходит постоянное расслоение (формирование) плодородия корнеобитаемого слоя почвы (грунта) сверху вниз с устойчивым накоплением его в верхних слоях, обеспечивающих систематическое наращивание мощности высокоокультуренного плодородия корнеобитаемого слоя. Интенсивность протекания этого процесса зависит от вида сельскохозяйственных угодий и хозяйственного использования пашни» (24). Этот закон говорит о нецелесообразности глубокой отвальной обработки, так как она постоянно вступает в противоборство с природой. Природа формирует плодородие в верхних слоях, а плуг «хоронит» результаты ее работы на глубину обработки. И так постоянно. Этот закон говорит о целесообразности рыхления, исключающего заделку верхних слоев почвы на глубину и о необходимости совершенствования этого приема.