Плодоро́дие по́чвы, способность почвы удовлетворять потребность растений в элементах питания, влаге, воздухе и тепле, а также обеспечивать условия для их нормальной жизнедеятельности. Среди всех биокосных систем (по В. И. Вернадскому) только почва обладает этой уникальной способностью. Плодородие почвы обеспечивает жизнедеятельность растительного и животного мира и условия существования человека, а также определяет возможность почвы быть основным средством сельскохозяйственного производства.

Исторический очерк

Понятие почвенного плодородия формировалось с начала развития земледелия. В Китае около 2 тыс. лет до н. э. с целью налогообложения была разработана классификация почв, учитывающая уровень их плодородия. В Древней Греции, описывая слоистое строение почвенного профиля, выделяли «жировой» слой, в котором находились вода, огонь, воздух и особые «соки» земли. Почвы, имеющие этот слой, считались плодородными, а не имеющие – бесплодными. В персидской книге наставлений «Кабус-наме» содержатся указания, как отличить плодородную почву от малопригодной. В России в Писцовых книгах – хозяйственных описаниях землевладений, составлявшихся для податного обложения, – землю делили по уровню плодородия на «добрую», «среднюю», «худую» и «добре худую».

Начиная с 16–18 вв. почва становится важнейшим фактором экономики, появляется значительное количество экспериментальных работ, направленных на разработку способов получения высоких урожаев. А. Р. Ж. Тюрго формулирует экономический закон убывающего плодородия почвы, согласно которому каждое добавочное вложение в неё труда и капитала оплачивается всё уменьшающейся прибавкой получаемой продукции. В 1840 г. Ю. фон Либих приходит к заключению о необходимости компенсации выноса энергии и веществ из почвы с продукцией; в дальнейшем это положение становится научной основой управления уровнем плодородия почвы. В конце 19 – начале 20 вв. В. В. Докучаев и П. А. Костычев указывают на зависимость урожайности от климатических, геоморфологических и почвенных условий и предлагают оценивать плодородие на основе свойств почвы и урожайности. В 1-й половине 20 в. В. Р. Вильямс разрабатывает теорию создания и восстановления почвенного плодородия, основанную на определяющей роли агрономически ценной водопрочной структуры, и формулирует положение о незаменимости и равнозначности всех факторов жизни растений. Поэтому набор почвенных показателей, на основании которых проводят оценку и мониторинг плодородия, включает в себя химические, физико-химические и биологические свойства почвы.

Количественные и качественные показатели плодородия почвы

Единственной прямой количественной характеристикой плодородия почвы является первичная продуктивность. В то же время в практике сельского хозяйства оценка потенциального плодородия почв проводится и косвенным образом – на основе показателей почвенных свойств и режимов, в наибольшей степени влияющих на урожайность основных культур. Этот подход позволяет управлять почвенным плодородием путём изменения почвенных свойств (проведение мелиоративных мероприятий, внесение удобрений). Наиболее тесные связи с урожайностью наблюдаются для следующих почвенных показателей.

Агрохимические: содержание и запасы гумуса в пахотном слое, реакция почвенного раствора (pH солевой и водной суспензии, величина гидролитической кислотности), состояние почвенного поглощающего комплекса [ёмкость катионного обмена (ЕКО), степень насыщенности основаниями, содержание поглощённого кальция и натрия], содержание легкорастворимых солей, содержание подвижных форм макро- и микроэлементов и их валовые значения. Для ряда агрохимических показателей плодородия существуют следующие оптимальные количественные значения:

• содержание гумуса ≥ 2,5 %;

• pH_KCl 6,0–6,5;

• содержание макроэлементов (мг/кг): минерального N 30–50, подвижного P 150–250, обменного K 200–250;

• содержание некоторых микроэлементов (мг/кг): Cu 0,8–1,2, Mo 0,2–0,4, B 0,5–0,6, Zn 5,0–6,0.

Агрофизические: гранулометрический состав, структурное состояние, плотность сложения, общая порозность, водные, воздушные и тепловые свойства и режимы почвы. Для ряда агрофизических показателей плодородия почв имеются следующие оптимальные количественные и качественные значения:

• мощность пахотного слоя 25–30 см;

• плотность почвы от 1,0 г/см³ для глинистых и суглинистых почв до 1,6 г/см³ для песчаных почв;

• порозность 50–60 %;

• порозность аэрации 25–30 %;

• структура мелкокомковатая, зернистая;

• содержание водопрочных агрегатов (> 0,25 мм) больше 40 %.

Биологические: биологическая активность почвы (количественный и качественный состав почвенных организмов, ферментативная активность, интенсивность разложения целлюлозы в почве, интенсивность эмиссии CO₂ и др.) и фитосанитарное состояние (степень засорённости, степень поражения посевов вредителями, степень поражения посевов болезнями).

Экологические: содержание в почве загрязняющих веществ (тяжёлые металлы, пестициды, радионуклиды и др.), мощность экспозиционной дозы $\gamma$-излучения почв, степень микробиологического загрязнения почвы и др. Допустимые уровни этих показателей в сельскохозяйственных почвах регулируются СанПиН 1.2.3685-21.

Конкретный перечень показателей для различных почв может отличаться. На основании данных о почвенных свойствах, их оптимальных и граничных значениях рассчитывают численные показатели почвенного плодородия:

• сводный показатель качества почв – на основании данных по содержанию гумуса, подвижного P, обменного K, pH и гидролитической кислотности и степени насыщенности почв основаниями;

• общий балл плодородия почв – на основании данных по содержанию гумуса, pH, P, K, Ca, Mg, основных микроэлементов, ЕКО и степени насыщенности основаниями;

• совокупный почвенный балл – на основании данных по содержанию гумуса, мощности гумусового горизонта, запасам гумуса в гумусовом горизонте, ЕКО, содержанию физической глины, pH и др.

Однако количественные показатели, позволяющие в целом разработать классификацию параметров почвенного плодородия в соответствии с требованиями сельскохозяйственных культур, существуют не для всех параметров. Это связано с тем, что растения различаются по своим требованиям к условиям роста, поэтому уровень плодородия почвы напрямую зависит от конкретных видов растущих на ней растений (т. н. относительный характер плодородия). Следовательно, сопоставлять разные почвы по плодородию и оценивать его динамику во времени можно лишь по отношению к одним и тем же растениям или фитоценозам. Кроме того, тесная связь между свойствами почв и многолетней урожайностью наблюдается только в пределах определённых эколого-генетических рядов почв, но не для всех почв. Поэтому при косвенной оценке плодородия почв также определяют агроклиматические показатели, непосредственно влияющие на урожайность (сумма активных температур, коэффициент увлажнения, степень континентальности климата). Согласно отраслевым стандартам ОСТ 10294-2002 – 10297-2002, оценка плодородия земель сельскохозяйственного назначения должна проводиться по комплексу показателей, включающему в себя более 100 характеристик.

Виды плодородия почвы

Традиционно различают две категории плодородия, обусловленные наличием или отсутствием антропогенного фактора в их формировании: естественное (формируется без участия человека и присуще целинным почвам) и искусственное (создаётся человеком на фоне естественного плодородия в процессе сельскохозяйственного использования почв). Так как плодородие сельскохозяйственных почв формируется в результате взаимодействия природных почвообразовательных процессов и целенаправленной антропогенной деятельности, то в данном случае разделить естественное и искусственное плодородие невозможно (смешанное плодородие).

С точки зрения реализованности, плодородие включает в себя две формы: потенциальное (характеризует максимальную производительную способность почвы) и эффективное (характеризует часть потенциального плодородия, которая реализуется в виде урожая в конкретных условиях).

Иногда в таксономию плодородия не включают понятия категории и формы и выделяют четыре вида: естественное, искусственное, потенциальное и эффективное.

Воспроизводство почвенного плодородия

При постоянстве внешних условий в природном процессе почвообразования регулярно происходит естественное расширенное воспроизводство почвенного плодородия в годичном цикле развития растительности, т. е. уровень природного потенциального плодородия не остаётся постоянным, а растёт от практического нулевого (стадия почвообразующей породы) до равновесного максимума (стадия полноразвитой почвы). При вовлечении почвы в сельскохозяйственное производство в ней уменьшается содержание питательных веществ, могут ухудшаться водный и воздушный режимы, фитосанитарное состояние и биологическая активность, что приводит к снижению урожайности. Поддержание потенциального плодородия в условиях агроценоза возможно только путём воспроизводства искусственного плодородия – систематического проведения агротехнических, агрохимических, фитосанитарных, противоэрозионных и иных мероприятий, направленных на обеспечение оптимального уровня почвенных условий и увеличение продуктивности почвы. Расширенное воспроизводство плодородия почвы, т. е. повышение потенциального плодородия до уровня, превышающего первоначальный, возможно только при проведении мероприятий, целью которых является ликвидация или минимизация лимитирующих факторов с помощью коренных почвенных мелиораций и агротехнологических приёмов (например, пескование тяжёлых почв, осушительный дренаж заболоченных почв, промывка почв с избыточным содержанием солей и т. д.). Расширенное воспроизводство плодородия почвы является необходимым, но недостаточным условием увеличения эффективного плодородия, определяющегося также видом и сортом культуры, соблюдением агротехники возделывания и др. С другой стороны, потенциальное плодородие может снижаться на фоне роста эффективного плодородия (например, в первые годы орошения земель минерализованными водами). Если сельскохозяйственное производство приводит к постепенному снижению потенциального плодородия и его формированию на уровне ниже первоначального, то говорят о т. н. неполном воспроизводстве плодородия. Широкое применение средств химизации и механизации, использование высокопродуктивных сортов во времена «зелёной революции» позволило повысить эффективное плодородие, но часто сопровождалось снижением потенциального (уменьшение содержания гумуса, уплотнение почвы, ухудшение биологических характеристик и др.). Многолетнее неполное воспроизводство плодородия в конечном итоге приводит к снижению эффективности средств интенсификации сельского хозяйства, прежде всего азотных удобрений. Результатом мероприятий по воспроизводству плодородия является изменение свойств пахотных почв, называемое агрогенной трансформаций.

С развитием биосферной парадигмы природопользования понятие плодородия почвы предлагается рассматривать не только как способность производить урожай, но и как способность обеспечивать воспроизводство самой почвы как среды жизнеобитания, а также способность выполнять экологические функции. Так как почва является только одним из компонентов агроценоза, то на уровень её плодородия влияют не только свойства собственно почвы, но и множество других факторов, в том числе и космических. Поэтому управление уровнем плодородия почв, наряду с улучшением почвенных свойств, требует оптимизации структуры сельскохозяйственных угодий, посевных площадей, севооборотов, противоэрозионной организации территории, рационального размещения культур и агротехнологий в соответствии с почвенно-ландшафтными условиями. В рамках интенсивного сельскохозяйственного природопользования для решения этой задачи используют методологию адаптивно-ландшафтных систем земледелия.