Наиболее важны азотфиксирующие бактерии, которых очень много в корнях некоторых растений, таких, как, например, клевер, гречиха, которые поэтому не нуждались в азотных удобрениях и, напротив, увеличивали после себя содержание азота в почве. Тем самым, эти растения используется для повышения урожайности. Гречиха хороша также и для борьбы с сорняками, поскольку ее густая листва не пропускает солнечные лучи к сорнякам и не дает им произвести семена. Именно из-за вышеописанных свойств она была широко распространена в России, а не из-за своей крупы, из которой делали знаменитую кашу. Но для того чтобы эти бактерии могли химически связывать азот, почва должна быть хорошо аэрирована, то есть обогащена воздухом. Часть растений: их корни и начальная часть стебля остается на поле. Они разрушаются бактериями. Процесс переработки бактериями растительных остатков ведет к освобождению азота, фосфора и калия в верхнем слое глубиной до 6 см в 24 раза активнее, чем в слое ниже глубины 14 см. Бактерии, разрушая органические вещества, приводят к повышению двуокиси углерода в тонком слое над поверхностью земли. Воистину, земледелие — самое большое микробиологическое производство на земле.

Интересно, что из насыщенного органикой поверхностного слоя почвы двуокиси углерода выделяется в 2–4 раза больше, чем при глубокой вспашке с оборотом пласта. Фосфор и калий могут также извлекаться из глубины земли длинными корнями деревьев. Вследствие этого продуктивность биологической массы (всех органических веществ в целом), создаваемая лесом, выше, чем травой на поле, именно поэтому в средней полосе России лес быстро вытесняет луг. В засушливой же зоне деревьям труднее поддерживать жизнь в период относительного безводья и поэтому степные травы, приспособленные к малому количеству выпадающих осадков за счет быстрого периода роста и образования семян, успешно противостоят лесу.

Когда урожай вывозится с поля, то часть азота, фосфора и калия удаляется и, следовательно, в следующий раз урожайность почвы будет снижаться. Этого не будет наблюдаться, если только оставить почву долго «отдыхать», пока составляющие ее породы будут разрушаться далее, высвобождая дополнительные фосфор и калий, а достаточное количество азота будет помещаться туда азотсодержащими бактериями. Это и есть естественное восстановление плодородия через разложение составляющих почву кусочков на минералы. Пусть этот процесс и медленный, но он идет и очень важен. А в случае засоления почвы из-за чрезмерного полива и растворения минералов, наоборот, этот процесс идет слишком быстро (что тоже плохо). Однако, земля давно уже заселена настолько плотно, что ее заведомо не хватает на то, чтобы полагаться на многолетнее естественное восстановление плодородия почвы; обрабатывать ее приходится намного больше.

Поэтому для роста сельскохозяйственного производства нужны естественные (навоз, компост) или искусственные (минеральные) удобрения. Кроме навоза можно использовать соли калия, фосфора и азота, содержащиеся в ряде минералов, из которых готовятся фосфорная мука и калиевые удобрения. В мире есть залежи фосфатов и калийных удобрений, меньше разведано азотистых минеральных веществ, но их производство возможно (и уже широко распространено) в химической промышленности. Использование минеральных удобрений требует затрат механической энергии по их извлечению, дроблению, перевозке, разбрасыванию. Все это надо делать или используя рабочий скот, или же используя машины и невозобновляемые энергоисточники энергии. Следовательно, для применения минеральных удобрений необходимы техника и горючее. Для производства минеральных удобрений нужна не только технология и источники энергии, но нужны также подготовленные люди. Производство аммиака из воздуха, например, очень энергоемко.

Азотфиксирующих бактерий очень много только в корнях некоторых растений, таких, как, например, клевер, гречиха, которые поэтому не нуждались в азотных удобрениях и, напротив, увеличивали после себя содержание азота в почве. Периодическое высевание этих растений используется для повышения урожайности.

Зачем нужна механическая обработка почвы?

Когда земледелец засевает семена растений, способных давать больше съедобных веществ, чем растения, обычно растущие на данной земле, окультуренные растения конкурируют за минеральные вещества, за солнечный свет и воду с неокультуренными растениями или сорняками. Сорняками считают все дикорастущие растения, появляющиеся в посевах сельскохозяйственных культур. Сорняки менее требовательны к условиям произрастания (у них отсутствуют затраты энергии на нужные человеку питательные вещества, составляющие значительный процент массы культурных растений. Масса семян сорняков относительно ниже). Поэтому сорняки опережают культурные растения в росте и развитии. Для борьбы с сорняками крестьянин плодородных районов непосредственно перед засеванием окультуренными семенами пахал землю, то есть переворачивал почву, перемещая проросшие сорняки в глубь почвы, и тем самым существенно затруднял рост сорняков, которые обычно стартовали быстрее, чем культурные растения. Сейчас эта задача может решаться внесением гербицидов, ядовитых веществ, которые специфически затрудняют рост сорняков и мало влияют на культурные растения. Если специфичность ядов невелика, то их вносят до посева культурных растений. За время до посева они должны быть в почве разрушены. Вторая цель переворачивания почвы — это ее аэрация и предотвращение испарения воды, доставляемой на поверхность по быстро формируемым в смоченной почве капиллярным ходам, которые ведут на поверхность земли. Аэрация способствует также улучшению работы азотфиксирующих бактерий и тем самым повышает плодородие почвы (см. выше). Переворачивание почвы или, как часто его называют, вспахивание, требовало применения существенной механической работы.

Не всегда тщательное вспахивание и тем более переворачивание обязательно: порой положительный эффект от зарывания семян сорняков перекрывается негативным эффектом от помещения наверх менее аэрированного слоя, в котором, следовательно, содержится меньше азота. Мало того, плодородный слой может быть настолько тонок, что переворачивание поместит наверх неплодородную почву.

При оставлении на поверхности почвы стерни и пожнивных остатков не образуется почвенной корки, благодаря чему улучшается водопроницаемость и воздухообмен; накапливается больше влаги, и почва разуплотняется; увеличивается содержание органического вещества в верхнем слое почвы, что повышает ее структурность; при рыхлении без оборота пласта постепенно исчезает плужная подошва. Безотвальная (без переворачивания пласта при вспашке) обработка и лесные полосы снижают закисление и засоление почвы. Многолетняя распашка почвы отвальными орудиями способствовала ее выдуванию и снижению содержания гумуса (органики) в пахотном слое на 25,8–30,4 % от его содержания в почве многолетней залежи. Плоскорезная обработка способствовала увеличению содержания гумуса на 13,2 % от его содержания при отвальной вспашке в открытом поле. Отмечу, что не существует универсальных рецептов, пригодных для всех районов и выращиваемых культур.