После преобразования естественных ценозов в агроландшафты резко меняется направление и выраженность современных почвообразовательных процессов. В связи с регулированием плодородия почв большое значение придается изучению биопродуктитвности и круговороту элементов питания в агроценозах, которые предоставляют собой открытую систему. Им свойственно элиминирование большого количества биофильных элементов, вследствие чего происходит изменение состава и свойства почв.
Исследования по изучению продуктивности и круговороту элементов питания выполнены на полях девятипольного севооборота, занятых капустой, помидором, огурцом, луком, озимой пшеницей и люцерной.
Среди овощных культур самыми высокими показателями фитомассы характеризуется капуста. При урожае кочана 493,7 ц/га, полная сухая фитомасса капусты составляет 116,3 ц/га В том числе: 56,6 ц/га ботва, 36,3 ц/га – кочан и 23,4 ц/га корни. Соотношение кочана к ботве равно 1:1,6 . Капуста имеет довольно высокий коэффициент продуктивности – 4,0 и самый высокий показатель возврата органического вещества – 0,69
Полная сухая фитомасса помидора при урожае плодов 428,4 ц/га составляет 67,5 ц/га, что на 48,8 ц/га меньше по сравнению с капустой. При этом масса плодов составляет 24,8 ц/га, ботвы – 20,1 ц/га, а корней 22,6 ц/га. Коэффициент продуктивности в два раза меньше, чем у капусты и имеет сравнительно низкий коэффициент возврата органического вещества -0,63.
Огурец характеризуется самой низкой продуктивностью из всех культур севооборота. При урожае плодов 250,5 ц/га, он формирует общую сухую биомассу равную 35,1 ц/га. Самая большая доля приходится на ботву – 14 ц/га. Масса плодов немного меньше – 13,1 ц/га. Количество корней составляет 8 ц/га. Коэффициент продуктивности и возврата органического вещества, соответственно равны 3,4 и 0,63. Хозяйственный баланс органического вещества капусты, огурца и помидора положительный.
Лук отличается от остальных овощных культур спецификой хозяйственного использования. В частности, с поля отчуждается луковица и ботва и только корневая система остается в почве. Поэтому хозяйственный баланс органического вещества под этой культурой отрицательный. Он имеет самый высокий коэффициент продуктивности – 4,9 и самый низкий показатель возврата органического вещества – 0,17.
Сравнительно высокой продуктивностью выделяется пшеница, которая продуцирует в 1,7-5,6 раз больше фитомассы – 201,4 ц/га, чем овощные культуры. Средняя урожайность зерна в период исследований составляет 48,3 ц/га, соломы – 96,1 ц/га, а пожнивных и корневых остатков, соответственно - 12,8 и 44,2 ц/га. Соотношение зерна к соломе равно 1:1,98 Коэффициент продуктивности равен 3,6. Пшеница имеет низкий коэффициент возврата органического вещества 0,28. Поэтому хозяйственный баланс органического вещества в поле по этой культуре резко отрицательный.
Коэффициент продуктивности люцерны равен 0,97. Фитомасса люцерны в 4,3- 24 раза превышает органическую продукцию, создаваемую в онтогенезе культурами севооборота. Она развивает мощную корневую систему и возвращает в почву на 190,4 ц/га больше растительной массы, чем отчуждается из поля. Хозяйственный баланс органического вещества положительный
Характерной особенностью исследованной группы овощных и полевых культур является сравнительно высокое содержание основных элементов питания в товарной части урожая. Азот в наибольшем количестве содержится в плодах помидора, фосфор в луковице, а калий - в плодах огурца. В растении огурца в наибольшем количестве содержится калий и азот, а фосфор – в луке Азот и фосфор наиболее равномерно распределяется в структурных частях капусты, а калий в органах лука.
Различное содержание элементов в фитомассе агрокультур влияет на характер биологического круговорота. Размеры вовлечения в круговорот колеблются в широких пределах и зависят от биологических особенностей растений. Величины емкости круговорота пропорциональны массе органического вещества. Однако при равных показателях биомассы, накопление элементов происходит неодинаково.
Известно, что источником NРК для растений может служить биомасса отмирающих микроорганизмов, в сухой биомассе которых содержится 649 кг/га азота, 162 кг/га фосфора и 118 кг/га калия. Две трети освобождаемого азота при разложении мертвой биомассы микроорганизмов используется растениями. Если принять во внимание, что скорость разложения растительных остатков люцерны в течение полугода равна 69 %, а количество азота, фосфора и калия, поступающих в почву составляет 1313,5- 141,3 и 1027,8 кг/га, то станет очевидным, что такое количество питательных элементов полностью может обеспечить потребности последующих культур севооборота.
Проведенные исследования позволяют составить примерное представление о емкости биологического круговорота, реальной потребности культур севооборота в важнейших элементах питания, направленности процессов почвообразования, а также рассчитать поправки к рекомендуемым дозам удобрений.