Качество почвы определяется так: "постоянная способность почвы функционировать как жизненно важная живая система в пределах экосистемы и землепользования, поддерживать биологическую продуктивность, способствовать повышению качества воздушной и водной среды, а также сохранять здоровье растений, животных и человека".
Оценка качества почвы и мониторинг ее изменений со временем играют ключевую роль в устойчивом управлении земельными ресурсами. Качество почвы определяется как ее внутренними характеристиками, так внешними факторами, которые влияют на ее микробное сообщество и доступность питательных веществ, а также взаимосвязаны между собой.
В данной статье мы рассмотрим влияние внутренних свойств почвы и экзогенных факторов на круговорот питательных веществ, биомассу и деятельность почвенных микроорганизмов, которые, в свою очередь, регулируют питание сельскохозяйственных культур. Исследования охватывают широкий круг вопросов: пять статей посвящены органическим добавкам и удобрениям, две - управлению почвой, две - внутренним свойствам почвы и одна - присутствию специфических микроорганизмов, способных влиять на качество почвы и питание сельскохозяйственных культур.
В статьеLucia et al. исследовалось влияние осадков сточных вод, образующихся при переработке цитрусовых, на плодородие почвы и рост салата. В горшечном эксперименте салат выращивали на почве, в которую добавляли или не добавляли разное количество осадка цитрусовых сточных вод. Результаты показали, что цитрусовые осадки обладают большим потенциалом в улучшении плодородия почвы по мере увеличения производства биомассы салата-латука, даже без влияния на соотношение (K+ + Na+)/(Ca2+ + Mg2+). Такие результаты имеют большое значение, поскольку около 60% эксплуатационных расходов очистных сооружений в Европе может быть связано с обработкой и утилизацией продуктов.
Современные методы утилизации осадков сточных вод включают их использование в сельском хозяйстве, захоронение на полигонах, сжигание, сушку, а также компостирование и/или вермикомпостирование. Повторное использование осадков сточных вод, образующихся при переработке цитрусовых, в сельскохозяйственных целях необходимо стимулировать, поскольку это может способствовать, с одной стороны, снижению затрат на утилизацию, а с другой - увеличению органического вещества почвы, особенно в полузасушливых условиях. Кроме того, повторное использование соответствует принципу циркулярной экономики, на который ориентируется Европейская комиссия.
В соответствии с исследованием Lucia et al., Wichrowska сравнили влияние биоудобрения на качество картофеля с навозом с ферм, органическими и минеральными удобрениями. В состав испытуемого биоудобрения входили дрожжи, молочнокислые бактерии (Lactobacillus и Lactococcus), Pseudomonas, Actinobacteria и Azotobacter, а также небольшое количество микро- и макроэлементов. Авторы установили, что применение биоудобрения значительно повышает содержание незаменимых аминокислот (тирозина, метионина и аспарагина) в белке клубней картофеля. Ключевая роль микроорганизмов в повышении биологического плодородия почвы и обеспеченности ее питательными веществами была подтверждена также в исследовании Griebsch et al. Они изучали устойчивость до семи лет микросимбионта Bradyrhizobium japonicum в почве, обработанной соей, и его способность вступать в эффективный симбиоз с соей в течении семи лет. Внесение органических удобрений в почву может не только способствовать повышению плодородия почвы и качества урожая, но и помочь в восстановлении биологического качества загрязненных почв.
Подобный вопрос исследовался в работе Wyszkowska et al., где проверялась эффективность мелкоизмельченной ячменной соломы и бентонита для смягчения последствий загрязнения почв с/х назначения гербицидом Successor T 550 SE. Бентонит и солома ярового ячменя использовались в дозе 10 г/кг почвы. На основании индекса качества почвы, рассчитанного по активности семи ферментов, авторы сделали вывод, что ячменная солома более эффективна в восстановлении почвенного гомеостаза, чем бентонит.
Роль неорганических удобрений в повышении доступности макроэлементов хорошо известна. Однако азотные (N) и калийные (K) удобрения могут также способствовать повышению доступности микроэлементов, среди которых одни полезны для питания и качества сельскохозяйственных культур, а другие могут быть опасны, являясь тяжелыми металлами. Wyszkowski и Brodowska обнаружили, что в почве, удобренной N и K в возрастающих дозах, внесение K повышает содержание кадмия на 83% и свинца на 32%, в то же время снижает количество хрома на 10% и железа на 3% в почве, особенно в серии с меньшей дозой N (130 мг N на кг почвы). С другой стороны, внесение азотных удобрений увеличивало содержание цинка, железа, меди, марганца, хрома и кобальта при одновременном снижении содержания кадмия, никеля и свинца. Хотя в исследовании Wyszkowski и Brodowska(2023) допустимые нормы содержания микроэлементов в почве не были превышены.
Для однородного внесения удобрений и управления посевами важную роль могут играть внутренние факторы почвы, особенно в засушливых регионах. Действительно, гранулометрический анализ может помочь улучшить знания о взаимосвязи почвы и растений для получения благоприятных условий и повышения урожайности.
Zaaboubi et al. разработали гранулометрический индекс для твердой пшеницы, который хорошо коррелировал с урожайностью. Проанализировав 350 независимых образцов “зерновых” почв восточной части Алжира, они обнаружили, что наибольшее влияние на текстурный дисбаланс оказывают две фракции: мелкий ил и крупный песок, доля которых составляет 41% и 37% соответственно. Другим важным экзогенным фактором, влияющим на качество почвы, является ее положение в ландшафте. Так, исследуя почвы пойм саванн на восточных равнинах Колумбии, Salamanca-Carreño и др. выявили, что высокие значения питательных веществ наблюдаются в "низком" физико-географическом положении, хотя и "низкое", и "береговое" положение характеризуются низким содержанием большинства питательных веществ. Кроме того, мульчирование почвы, особенно в полузасушливых условиях, может повысить ее плодородие и урожайность.
Исследование Paliaga и др. показало, что мульчирование почвы черным пластиковым геотекстилем увеличивает содержание органических веществ в почве (СОM), емкость катионного обмена, микробную биомассу и микробный коэффициент, что свидетельствует о высокой доступности СОM для почвенных микроорганизмов. Кроме того, мульчирование способствовало преобладанию грибов над бактериями, а грамположительных бактерий над грамотрицательными, что способствовало формированию микробного сообщества, более эффективно утилизирующего источники углерода. Улучшение качества и плодородия почвы, в свою очередь, приводит к повышению урожайности апельсинов на мульчированной почве.
Более того, Paliaga и др. (2023) обнаружили, что обратная мульчированию обработка почвы быстро снижает качество почвы и урожайность апельсинов, подтверждая тем самым пагубное влияние обработки почвы, особенно в полузасушливых условиях Средиземноморья.
Важность управления почвой для влияния на качество почвы и урожайность сельскохозяйственных культур была также доказана в работе Ren и др. для риса. Авторы исследовали непрерывное выращивание риса и изменения в системах возделывания (новые рисовые поля, созданные на возвышенностях) и внесения удобрений в Южном Китае в период с 1980 по 2017 год. Обнаружено значительное увеличение pH почвы, доступного фосфора и K во всех системах земледелия, хотя и с низкой эффективностью использования удобрений. Было подтверждено, что в таких условиях изменения в системах земледелия и внесения удобрений определяют динамику углерода и азота, оказывая влияние на качество почвы.
Аналогичные вопросы изучали также Šimon и Madaras. Они исследовали различные пулы органического углерода в почве и их ИК-спектры с преобразованием Фурье в образцах почвы, отобранных в период с 2004 по 2017 г. в 13 полевых опытах (без удобрений, с минеральными удобрениями, с навозом и с органическими и минеральными удобрениями), проведенных в различных почвенно-климатических условиях Чешской Республики. Как органические, так и комбинированные удобрения в большинстве опытов значительно повышали содержание и качество SOM по сравнению с неудобренными вариантами. Напротив, наибольшее содержание рекальцифицированных ароматических компонентов SOM было определено на не удобренных почвах. Полученные результаты свидетельствуют о том, что режимы внесения удобрений увеличивают как лабильные и общие пулы углерода, так и пулы органического углерода в почве. При этом спектральное определение ИК-Фурье имело одинаковую чувствительность к изменениям, и в целом ни один из исследованных параметров или индексов не мог быть использован в качестве самостоятельного для описания качества органического углерода почвы.
Источники:
Doran, J.W.; Parkin, T.B. Defining and assessing soil quality. In Defining Soil Quality for a Sustainable Environment; Soil Science Society of America Special: Madison, WI, USA, 1994; pp. 3–21.
Lucia, C.; Pampinella, D.; Palazzolo, E.; Badalucco, L.; Laudicina, V.A. From Waste to Resources: Sewage Sludges from the Citrus Processing Industry to Improve Soil Fertility and Performance of Lettuce (Lactuca sativa L.). Agriculture 2023, 13, 913.
Muscarella, S.M.; Badalucco, L.; Laudicina, V.A.; Wang, Z.; Mannina, G. Wastewater treatment sludge composting. In Current Developments in Biotechnology and Bioengineering; Mannina, G., Pandey, A., Sirohi, R., Eds.; Elsevier: Amsterdam, The Netherlands, 2023; pp. 115–136.
Laudicina, V.A.; Barbera, V.; Gristina, L.; Badalucco, L. Management practices to preserve soil organic matter in semiarid mediterranean environment. In Soil Organic Matter: Ecology, Environmental Impact and Management; Nova Science Publishers Inc.: New York, NY, USA, 2012; pp. 39–61.
Lucia, C.; Laudicina, V.A.; Badalucco, L.; Galati, A.; Palazzolo, E.; Torregrossa, M.; Viviani, G.; Corsino, S.F. Challenges and opportunities for citrus wastewater management and valorisation: A review. J. Environ. Manag. 2022, 321, 115924.
Wichrowska, D.; Szczepanek, M. Possibility of Limiting Mineral Fertilization in Potato Cultivation by Using Bio-fertilizer and Its Influence on Protein Content in Potato Tubers. Agriculture 2020, 10, 442.
Griebsch, A.; Matschiavelli, N.; Lewandowska, S.; Schmidtke, K. Presence of Bradyrhizobium sp. under Continental Conditions in Central Europe. Agriculture 2020, 10, 446.
Wyszkowska, J.; Tomkiel, M.; Borowik, A.; Baćmaga, M.; Kucharski, J. Effect of Bentonite and Barley Straw on the Restoration of the Biological Quality of Agriculture Soil Contaminated with the Herbicide Successor T 550 SE. Agriculture 2021, 11, 27.
Wyszkowski, M.; Brodowska, M.S. Content of Trace Elements in Soil Fertilized with Potassium and Nitrogen. Agriculture 2020, 10, 398.
Zaaboubi, S.; Khiari, L.; Abdesselam, S.; Gallichand, J.; Kebede, F.; Kerrache, G. Particle Size Imbalance Index from Compositional Analysis to Evaluate Cereal Sustainability for Arid Soils in Eastern Algeria. Agriculture 2020, 10, 296.
Salamanca-Carreño, A.; Vélez-Terranova, M.; Vargas-Corzo, O.M.; Pérez-López, O.; Castillo-Pérez, A.F.; Parés-Casanova, P.M. Relationship of Physiographic Position to Physicochemical Characteristics of Soils of the Flooded-Savannah Agroecosystem, Colombia. Agriculture 2023, 13, 220.
Paliaga, S.; Lucia, C.; Pampinella, D.; Muscarella, S.M.; Badalucco, L.; Palazzolo, E.; Laudicina, V.A. Shifting Long-Term Tillage to Geotextile Mulching for Weed Control Improves Soil Quality and Yield of Orange Orchards. Agriculture 2023, 13, 764.
Ren, X.; Chen, F.; Ma, T.; Hu, Y. Soil Quality Characteristics as Affected by Continuous Rice Cultivation and Changes in Cropping Systems in South China. Agriculture 2020, 10, 443.
Šimon, T.; Madaras, M. Chemical and Spectroscopic Parameters Are Equally Sensitive in Describing Soil Organic Matter Changes After Decades of Different Fertilization. Agriculture 2020, 10, 422.
По всей видимости, регулирование азотного фона, позволит решить практически все эти вопросы. Существует еще предположение об анаэробной трансформации органики в условиях сбалансированного азотного питания и обращении гуминовых процессов к синтезу.
3 комментария