Розділ 1. Огляд літератури

Небувалі темпи антропогенного перетворення природного середовища в другій половині XX століття значно прискорили фрагментацію та деградацію рослинного покриву і, як наслідок, руйнування екосистем та ландшафтів у цілому [1,16].

Зміни в сільськогосподарській політиці зумовили виведення частини земель із сільськогосподарського обороту через зниження природної родючості. Введення монокультур спричинило загрозу зниження родючості. Після 3-4-го посіву ячменю (чи інших культур) орендатори змушені залишати на декілька років землю, тому виникають «тимчасові» перелоги. Вони та «постійні» перелоги мають певні закономірності розвитку рослинного покриву та відновлення родючості ґрунту [43,44].

Реставрація природних фітоценозів уже сьогодні може мати широку сферу практичного застосування: 1) відновлення родючості ґрунтів сільськогосподарських угідь; 2) реставрація та розширення площ кормових угідь; 3) призупинення ерозійних процесів; 4) відновлення зональної рослинності; 5) створення ділянок для наукового моделювання та експериментального вивчення функціонування корінних та вторинних екосистем [16,41,45].

1.1. Розвиток наукових основ систем землеробства

Значенню перелогів для землеробства та їх впливу на родючість ґрунтів присвячені численні наукові дослідження [1, 4, 20, 22, 44, 45]. Системи землеробства розвивались і змінювались відповідно до розвитку продуктивних сил суспільства, його соціально-економічних особливостей і науково-технічного прогресу.

Першими науково обґрунтували систему землеробства російські агрономи-вчені А. Т. Болотов і Г. М. Комов наприкінці XVIII ст. Вони розрізняли системи землеробства за способом відновлення родючості ґрунту та співвідношенням посівів зернових і кормових культур [15,32].

Значний внесок у розвиток наукових основ систем землеробства зробили І. А. Стебуг, О. В. Советов, В. В. Докучаев, П. А. Костичев, В. Р. Вільямс, Д. М. Прянишников [15,37].

За ступенем інтенсивності системи землеробства поділяють на примітивні, екстенсивні та інтенсивні. До примітивних систем землеробства належить заліжна, вирубно-вогнева та перелогова. Примітивні системи землеробства характеризувалися незначною площею земель, які використовувалися ПІД посіви (не більш як 25%) та низькими показниками продуктивності [12].

Термін «система землеробства» вперше ввів видатний російський вчений О. Б. Совєтов. Система землеробства - це комплекс агротехнічних і організаційних заходів, спрямованих на ефективне використання землі, які забезпечують вирощування максимально високих урожаїв з найменшими затратами коштів і праці при умові підвищення родючості ґрунту. Раціональна система землеробства має групуватися на найновіших досягненнях науки і передового досвіду, сприяти підвищенню культури землеробства, зростанню продуктивності праці і рентабельності виробництва [15].

Система землеробства передбачає обов'язкове застосування заходів захисту ґрунту від водної та вітрової ерозії.

Системи землеробства, які застосовували в минулому і впроваджують тепер, поділяють на примітивні, екстенсивні, перехідні та інтенсивні.

Примітивні системи землеробства характеризуються незначною питомою вагою земель, які використовують під посіви (25% і менше), і тим, що родючість ґрунту відновлюється внаслідок природних процесів під впливом рослин. Розрізняють залежну, вирубно-вогневу і перелогову примітивні системи землеробства [1].

Залежна система була поширена давно у країнах, з дуже великими земельними площами і незначною заселеністю людьми. Відновлення родючості ґрунту при цьому відбувалося тільки під час природних процесів, внаслідок яких під впливом рослинності в ґрунті нагромаджувались органічні речовини та азот [32].

Практично залежна система полягала в тому, що для вирощування сільськогосподарських рослин використовували ґрунти, які до цього ніколи не оброблялись. Вони мали сприятливі фізичні властивості, високий вміст органічних речовин, були чистими від бур'янів і забезпечували високі врожаї [32].

З часом на цих полях поширювалися бур'яни і погіршувалися хімічні і фізичні властивості ґрунту, що призвів до зниження врожайності. Коли врожай знижувався настільки, що вже не окуповував затрат праці, ділянку залишали, починали використовувати нові.

В подальшому в міру розорювання цілинних земель залежна система переросла в перелогову, залишену в переліг ділянку приблизно через 20 років знову обробляли.

При перелоговій системі землеробства людина поверталась до залишеної ділянки (перелогу) тоді, коли на ній відновлювались родючість і ділянка очищалась від бур'янів. Перелогова система землеробства могла розвиватись і розвивалась переважно в степовій лісолучній зоні з виникненням приватної власності на землю на певному ступені розвитку суспільства. При цій системі землеробства відновлення ґрунтової родючості відбувається без втручання людини завдяки дії на ґрунт природної трав'янистої рослинності без обробітків. Працями П. А. Костичева доведено, що на чорноземах, на старих розораних ділянках переважають легко рухомі мінеральні елементи ґрунту, зменшується кількість перегною і структурних утворень, збільшується кількість бур'янів. На перелозі збільшується кількість перегною, поліпшується структура, зменшується засміченість, що й зумовлює високу родючість таких ґрунтів [16,20, 44].

Перелогова система землеробства, примітивна система землеробства, при якій що виорало після зняття декількох урожаїв і засмічене бур'янами поле (переліг)залишається без обробки на 8-15 років. Родючість ґрунту відновлювалася під впливом природної рослинності [20].

Перелогова система землеробства була першим наближенням до сівозміни. Строк користування ґрунтом при перелоговій системі землеробства залежав від тривалості перебування ґрунту під перелогами і від ґрунтово-кліматичних умов.

Із зміною соціально-економічних умов, концентрацією земель в руках великих землевласників і підвищенням попиту на сільськогосподарські продукти строк перелогу все більше і більше скорочувався. Переліг втрачав свої первісні позитивні властивості. Коли тривалість його скорочувалась до одного року, переліг перетворювався на пар. Так починалась парова система землеробства.

Висівна система являла собою різновидність перелогової системи. У висівній системі близько половини землі засівається зерновими, а друга половина залишається під перелогом, при цьому частина перелогу використовується під сіножаті, а друга під пасовища.

При екстенсивних системах половину і більше придатних земель використовували під посіви, сільськогосподарських культур переважали зернові, а високопродуктивні кормові і технічні культури в сівозмінах зовсім не вирощували або вирощували дуже мало.

Для відновлення родючості ґрунту здійснювали такі заходи, як обробіток парів, внесення гною та сівбу трав. Незначне використання мали мінеральні добрива, машини тощо. Майже не здійснювали меліоративних заходів. Серед екстенсивних систем землеробства виділяють парову і паропросапну [26,28].

В подальшому, внаслідок збільшення і необхідності посівних площ період перелогу поступово скорочувався до одного року. Однорічний переліг почали називати паром, а звідси й систему землеробства, при якій родючість ґрунту відновлювалася в паровому полі, почали називати паровою. Парова система землеробства включає польові сівозміни, в яких пар (пізній) чергується з озимими і ярими зерновими культурами. В тих випадках, коли включаються просапні, таку систему називають паропросапною.

Родючість ґрунту при паровій система землеробства відновлювалась в паровому полі, яке обробляли. Певну роль відігравало і внесення гною, проте паровий обробіток ґрунту був недосконалий, а гною внаслідок слабкого розвитку тваринництва не вистачало. Врожаї сільськогосподарських культур при паровій системі були низькі.

Одним з основних завдань пару було очищення ґрунту від бур'янів. Оскільки при паровій системі землеробства пар використовували як пасовище (толока), а оранку проводили лише влітку, ґрунт не тільки не очищався від бур'янів, а, навпаки, зростала небезпека поширення їх.

Внаслідок цього парова система не сприяла розвитку землеробства, врожаї зернових не перевищували 7-8 ц/га. Крім того, вони повністю залежали від погодних умов. При паровій системі не було умов для вирощування технічних культур, оскільки на полях висівали тільки зернові культури [29,31,40].

При переході від агроценозів у сівозмінній площі, які є продуктом діяльності людини й існують доти, поки вона за допомогою технологій підтримує їх, до перелогів, різко змінюється напрям біогеоценотичних процесів. З початку екосистеми автоматично переходять у режим відновлюваної природної саморегуляції, яка відбувається в напрямі здійснення послідовних незворотних сукцесійних змін рослинності (а далі і біоти в цілому) від простих малоорганізованих і швидко стихійно змінюваних угруповань зі слабкою індикативною здатністю відбиття градієнтів навколишнього середовища до складних, добре асоційованих, зонально й екологічно урівноважених, в яких внутрішній стан екосистем знаходиться у максимальній рівновазі з навколишнім середовищем.

При виведенні орних земель з обробітку та переведенні їх під природні фітоценози помітні зміни відбуваються не тільки у рослинному покриві чи біотопі в цілому, а й у ґрунті [12,16].

Сучасні системи землеробства – основа інтенсифікації сільського господарства – процесу різкого збільшення виробництва зерна, технічних, кормових та овочевих культур на основі розширеного відтворення родючості ґрунту. Цей процес відбувається як шляхом додаткового вкладення коштів, так і на основі прискорення науково-технічного прогресу.

Сучасні інтенсивні системи землеробства характеризуються високим технічним оснащенням виробництва, використанням більш ефективних способів обробітку ґрунту, внесенням органічних мінеральних добрив з розрахунку на запланований урожай розширене відтворення родючості ґрунту, інтенсивними ґрунтозахисними технологіями вирощування сільськогосподарських культур, меліоративними, а також прогресивними організаційно-господарськими заходами [1].

На досліджених перелогах ґрунт – чорнозем звичайний. Параметри вмісту гумусу в орному шарі перелогу класифікується як високий (6,41%), а ріллі – як середній (4,17%). Порівняно з постійно розорюваними землями підвищується біологічна активність ґрунту; зростає кількість лужногідролізованого азоту від 6,4-8,1 до 10,1-13,9 мг на 100 г ґрунту; загального гумусу (впродовж 15-20 років заростання) від 1,08 до 1,79% з покращенням у його складі співвідношення гумінових та фульвокислот; стабілізується вміст рухомих форм фосфору та обмінного калію. Проте дещо підвищується кислотність та на перших стадіях заростання перелогу, особливо у шарі 0-5 см, значно зростає об’ємна маса ґрунту – від 1,40-1,43 г/см³ до 1,60-1,7, яка у подальшому вже на третьому році заростання повертається до рівня 1,37 г/см³.Суттєва перевага ділянки перелогу за вмістом органічної речовини пояснюється тим, що за тривалий період (55 років) сформувався природний біогеоценоз, в якому домінує різнотравно-злакова рослинність, з відповідними взаємозв’язками між рослинами і ґрунтом. Це сприяло формуванню відносно рівноважної системи, здатної до саморегулювання речовинно-енергетичних процесів, з перевищенням надходження органічної речовини над втратами при її розкладанні. І навпаки, в агроценозі стійкість системи рослина – ґрунт порушується внаслідок заміни природної рослинності сільськогосподарськими культурами з різкими змінами цих характеристик. При цьому функціонування агроекосистеми супроводжується змінами режиму ґрунту – водного, повітряного та поживного, мобілізацією ґрунтових ресурсів, надходженням біофільних елементів з добривами, відчуженням товарної частини врожаю та зменшенням обсягів повернення речовин тощо і в кінцевому результаті проявляється від’ємна динаміка вмісту гумусу [ 13,16,19,28].

1.2. Короткий нарис історії перетворення перелогів у степ чи в ліс

Розглянемо наукові дослідження В. В. Докучаєва, С. І. Коржинського і П. А. Костичева. Простежуються багаторічні розбіжності між П.А. Костичевим і В.В. Докучаєвим як ґрунтознавців. Останній надавав великого значення впливу клімату в накопиченні органічних речовин у ґрунті . А П.А. Костичев висував на перше місце фізичні властивості, структуру ґрунту. Велику увагу він приділяв також біологічному фактору. З прихильників Докучаєва можна назвати молодих петербурзьких геоботаніків В.Н. Аггеєнко (1860-1907) і А.Н. Краснова (1862-1914); обидва вони в студентські роки брали участь у експедиціях під керівництвом В.В. Докучаєва [15,21,37].

Треба зауважити, що дискусії про причини зміни рослинності, про межі лісу і степу, про взаємозв'язок ґрунту і рослинності мали не тільки абстрактне, а чисто теоретичне значення. Наукові дослідження опосередковано, а часом і прямо, відбивалися на практичному землекористуванні, на розвитку сільського і лісового господарства. Однак на запропоновані рекомендації сильно впливає те, які парадигми – географічної або біологічної – дотримувався дослідник. Наприклад, якщо південна межа лісу визначалася кліматом, то розводити ліс в степу було б безперспективно. Якщо ж існування лісу залежало від фітоценотичних умов («боротьби формацій»), то штучні посадки були б в принципі можливі. Проблема ж степового лісорозведення мала (і має) велике значення для економіки степових районів.

26 вересня [8 жовтня за новим стилем] 1888 р. на засіданні грунтової комісії Імператорського Вільного економічного суспільства В.В. Докучаєв піддав критиці геоботанічні дослідження С.І. Коржинського (1887; 1888). Визнавши «дуже цінними» ті відомості з географії грунтів, які збігалися з географічним зміною (з півдня на північ) клімату і рослинності, він досить негативно оцінив теоретичну частину роботи Коржинського, вважаючи, її не тільки не доведеною, але й суперечить твердо встановленим фактам [37].

Згідно концепції С.І. Коржинського (1886; 1887; 1888), лісові рослинні формації - більш сильні в порівнянні зі степовими, і саме тому ліс наступає на степ. Цей наступ призводить до деградації чорнозему й перетворенню його в сірий лісовий ґрунт («білястий»), так як під лісом зміст перегною в ґрунті зменшується. В.В. Докучаєв не був згоден з виділенням С.І. Коржинським тільки двох основних типів ґрунтів: чорнозему як типового ґрунту «степової фації» і білуватий ґрунт як типовий ґрунт «лісової фації». Він не обійшов своєю критичною увагою і дані П.А. Костичева, на які спирався у своїх висновках Коржинський [15,37].

Відстоюючи кліматичну концепцію, Докучаєв (1889) скептично оцінював використання концепції боротьби за існування стосовно до аналізу рослинності і ґрунтів. І говорив, що ще сміливіше (щоб не сказати довільним, фантастично) інший загальний висновок роботи Коржинського. Розподіл типів ґрунтів не залежить безпосередньо ні від клімату, ні від субстрату (материнська порода), ні від рельєфу місцевості, ні від топографічних умов, але лише від походження покривають їх рослинні формації і їх взаємної зміни, а основний закон, що обумовлює поширення (зазначених) формацій, є антагонізм (інакше боротьба за існування) між степовою рослинністю і більш потужними, більш досконалими лісовими формаціями [26].

На думку Докучаєва, таке пояснення (через боротьбу за існування) рішуче нічого не дає. Він також іронічно зауважив (Докучаєв), що хороший був би історик, який намагається пояснити сучасну політичну карту Європи лише боротьбою за існування між народними формаціями, а не історією, природними умовами, особливостями народів і т. д. Однак ця думка була не зовсім справедливою, оскільки і П.А. Костичев і С.І. Коржинський не заперечували впливу на рослинні співтовариства (формації) історії розвитку рослинності, факторів навколишнього середовища (наприклад, грунту і т. д.) [15].

1940 рік – професору Троїцькому вдалося в короткий термін отримати докладні дані про склад і структуру природних пасовищ степів і покладів, а також з'ясувати закономірності ходу відновлення природної рослинності на перелогах. В наш час подібна інформація має виняткове значення, оскільки в розвинених країнах активно проводиться робота по відновленню початкового рослинного покриву на звільнених від сільського господарства територіях (це називають особливим терміном – ресторація) [37].

Подальша еволюція перелогів полягає в поступовому впровадженні в них степових рослин, характерних для цілини, а також для старих покладів. Інший шлях зміни рослинності перелогів, при меншій потужності ґрунтів і при меншому багатстві їх гумусом, а особливо при інтенсивному випасі, виражається в посиленні різнотрав'я.

Перелоги вивчав також вчений А. Т. Болотов. Його робота «Про поділ полів» [15] була опублікована в 1771 р. в «Працях» ВЕО. Разом з тим стаття «Про поділ полів» була першим посібником з організації сільськогосподарської території і землеустрою при введенні багатопільної сівозміну. У ній Болотов самим детальним чином аналізував переказ господарства від трипілля до семіполью з наступним чергуванням культур: пар добрив, озимі, ярові «кращі» (пшениця, ячмінь, льон), ярі «гірші» (овес, горох, гречка), переліг.

У ряді випадків вчений вважав необхідним замінювати природне заростання перелогу штучним посівом трав, особливо на піщаних грунтах.