НОВОСТИ

Качество почвы - агрономические технологии

ТЕГИ:

Майкл Дин Хаббс, Министерство сельского хозяйства США

Влияние долгосрочного сельскохозяйственного менеджмента на углерод в почве

Секвестрация углерода в почве с недавнего времени стала привлекать к себе внимание по причине ее способности сдерживать глобальное потепление.

Однако почвенный углерод (С) также ценен своим благотворным влиянием на продуктивность культур и качество почвы. Почвенный углерод — это самый главный индикатор качества почвы, поскольку он играет важную роль в биологических, химических и физических процессах. Длительные исследования подтвердили пользу от навоза, правильной системы удобрения и севооборота для почвенного углерода. Но даже при использовании навоза и внедрении севооборота традиционные системы растениеводства в целом приводят к постоянному снижению содержания углерода в почве. На уровень и количество его влияют последовательность культур, система обработки почвы, климат и температура.

Органическое вещество почвы содержит около 85% углерода. Конверсия органического вещества в почве может быть осуществлена следующим образом: объем углерода, приведенный в этом техническом описании, делится на 0,58 или умножается на 1,72.

Это техническое описание будет исследовать: (1) динамику углерода в долгосрочных экспериментах по растениеводству и (2) комбинированное влияние почвозащитного земледелия и севооборота культур с большим содержанием биомассы на почвенный углерод. Вместе эти исследования показывают важность минимизации обработки почвы и увеличения биомассы.

Долгосрочные эксперименты с севооборотом

Участки Морроу

Результаты длительного севооборота — это лучший показатель сельскохозяйственного влияния на почвенный углерод. Участки Морроу в штате Иллинойс, разбитые в 1876 году, являются старейшими сельскохозяйственными опытными участками в Соединенных Штатах. Данные эксперимента Морроу показывают непрерывное снижение урожая монокультуры кукурузы по сравнению с севооборотом кукуруза — овес — бобы. В 1944 году был проанализирован почвенный углерод на участках пограничных пахотных лугов, окружающих участки Морроу (табл. 1). По сравнению с углеродом, наличествовавшем в почве в 1876 году, количество почвенного углерода в настоящее время значительно упало, невзирая на лучшие практики управления.

Таблица.1. Влияние севооборота и внесение навоза

Сэнборн Филд

Участки для длительных исследований в Сэнборн Филд, штат Миссури (разбиты в 1888 г.), показывают такие же результаты, как и участки Морроу. После 100 лет непрерывного растениеводства почвенный углерод при монокультуре кукурузе составлял в среднем 0,58% без внесения удобрений, 1,1% с внесением азотно-фосфорно-калиевых удобрений и 1,3% с ежегодным внесением 6 т коровьего навоза на акр (1 акр = 0,4 га). Аналогичные методы внесения удобрений с монокультурой пшеницей показали 0,81, 1,28 и 1,6% соответственно.

Участки Магрудера

Долгосрочные исследования на участках Магрудера, Оклахома, при монокультуре пшенице начались в 1892 году. Количество углерода в почве быстро снижалось на протяжении первых 35 лет, а затем снижалось медленнее в течение последующих 52 лет, пока не достигло постоянной отметки. Одним из важнейших уроков, почерпнутых из эксперимента на участках Магрудера, является то, что даже при внесении навоза уровень почвенного углерода неустойчив при выращивании монокультуры пшеницы и обработке почвы (табл. 2).

Таблица 2. Тенденции почвенного углерода

Пендльтон, Орегон

Возле Пендльтона, штат Орегон, в 1913 году было начато долгосрочное исследование севооборота пшеница — пар. Поля засевались с 1880 года. Поскольку урожаи снизились, было решено сменить ежегодный севооборот на систему пшеница — пар. Использовали девять методов удобрения: 10 т навоза на 0,4 га и 36 кг азота на 0,4 га (с и без сжигания соломы весной); 0 кг азота на 0,4 га (с осенним сжиганием соломы). Уровень почвенного углерода все снижался на глубине ниже 30,5 см, начиная с 1931 года, при всех типах удобрения, кроме навозного. Маловероятно, что в будущем можно будет достичь стабильного уровня. Хотя навозное удобрение и удерживает почвенный углерод, обработка почвы и периоды пара, вероятно, мешают росту уровня углерода в почве.

Почвозащитное земледелие

Можно ли регулировать уровень почвенного углерода с помощью обработки почвы? Исследования в штате Айова показали, что если производится достаточное количество пожнивных остатков кукурузы (335,7 кг/га), а потом переворачивается с помощью отвального плуга, можно регулировать почвенный углерод на типичном гаплудолле (Ларсон и др., 1972 г.). Однако после нескольких лет выращивания монокультуры кукурузы уровень почвенного углерода в этом исследовании был приведен в приблизительно уравновешенное состояние — 1,8 (Ривз, 1997 г.). Почвенный углерод в родственных степных почвах составил приблизительно 4% (Робинсон и др., 1996 г.). Даже на примере Пендльтона, где ежегодно вносились 10 т навоза без сжигания соломы, было видно, что обработка почвы препятствовала накоплению углерода. Влияние обработки на почву при прохладном влажном климате менее значительно, чем при теплом влажном.

Таким образом, длительные исследования показывают, что непрерывная обработка почвы и выращивание пропашных культур уменьшают количество углерода в почве до более низкого уровня, нежели в начале вегетации. После того как количество углерода в почве снижается до уравновешенно низкого уровня, можно регулировать с помощью традиционной обработки почвы, если его количество восстанавливается благодаря удобрениям и пожнивным остаткам, что ведет к декомпозиции.

Почвозащитное земледелие

Длительные исследования позволили пересмотреть приведенные выше варианты севооборота и внесение удобрений при традиционной обработке почвы. Другие длительные исследования, в которых документировались изменения содержания углерода при почвозащитном земледелии, показывают, что почвозащитное земледелие само по себе замедляет декомпозицию почвенного углерода, но не останавливает ее и не восстанавливает потерянный углерод. Для увеличения и секвестрации почвенного углерода нужно дополнительно использовать такие источники углерода как пожнивные остатки, покровные культуры и/или разные виды навоза.

Канада

В полузасушливом Саскачеване на буром суглинке количество почвенного углерода повысилось при использовании no-till на монокультуре пшенице, но при системе пшеница — пар никакого повышения уровня углерода не наблюдалось (Кэмпбелл и др., 1995 г.). Не наблюдалось также значительной разницы между системами обработки почвы при севообороте пшеница — пар. Однако, как показало 11-летнее исследование на глинистой почве (Кэмпбелл и др., 1996), частота сева не повлияла на почвенный углерод. Почвенный углерод повышался при no-till до глубины 15,2 см при системе монокультуры пшеницы и системе пшеница-пар (5000 кг/га — более 11 лет). Результаты по монокультуре пшенице при традиционной обработке почвы также показали повышение почвенного углерода до 15,2 см (2000 кг/га — более 11 лет). Только традиционный севооборот пшеница — пар (с использованием культиватора со стрельчатой лапой и плоскореза с тремя культивациями во время пара) не показало повышения уровня почвенного углерода на глинистой почве. Большая часть этого процесса пришлась на сезоны хорошего роста (последние 4 года исследования). По наблюдениям, высокое содержание глины в почве и хорошие условия для роста объясняют разницу в повышении почвенного углерода при разной частоте посева.

Южно-центральный Техас

В южно-центральном Техасе интенсивность посева увеличивала количество углерода в почве при системе no-till, но не увеличивала при традиционной системе обработки почвы (Францлюбберс и др., 1994 г.). Интенсивность посева определялась тем, какую часть года выращивается культура:

  • Монокультура пшеница = 0,5 года
  • Пшеница — соя — соя = 0,65 года
  • Пшеница — соя — сорго = 0,88 года

После 9 лет no-till уровень почвенного углерода поднялся на 9% при монокультуре пшенице, на 22% при севообороте пшеница — соя и на 30% при севообороте пшеница — соя — сорго. При традиционной обработке почвы уровень углерода не повышался, несмотря на интенсивность посева.

Табл.3 Глубина почвенного углерода

Кроссвилль, штат Алабама

В штате Алабама на хорошей известняковой почве было проведено исследование, сравнивающее почвозащитное земледелие с традиционным земледелием при таких вариантах севооборота: 1) монокультура кукуруза с покровной культурой пшеницей, 2) монокультура соя при покровной культуре пшенице и 3) кукуруза с покровной культурой пшеницей, а затем соя с покровной культурой пшеницей. На начальном этапе (углерод на глубине 115,2 см составлял 0,58 (табл. 3) в почве, которая много лет засевалась (Эдварде и др., 1988 г.). Уровень почвенного углерода возрос с 0,58% до 0,90 (с 9,306 до 12,879 кг/га) в верхних 10 см почвы при no-till — на 55% больше по сравнению с почвенным углеродом при традиционной системе обработки почвы. В этом исследовании ключевым в регулировании почвенного углерода при традиционной системе обработки почвы и повышении почвенного углерода при no-till является использование покровной культуры. Севооборот с кукурузой также повышал почвенный углерод во влажных регионах при высоком уровне декомпозиции.

Пьер, Южная Дакота

Начиная с 1987 года, опыты на ферме Dakota Lakes, расположенной в Пьере, Южная Дакота, демонстрировали, что смена и интенсивность возделывания культур оказывают основное влияние на уровень почвенного углерода. В исследовании сравнивались несколько систем севооборота. Эта статья фокусирует внимание на трех типах севооборота. Три системы no-till: 1) пшеница — пар, 2) трехлетний севооборот озимая пшеница — кукуруза — горох и 3) четырехлетний севооборот яровая пшеница — озимая пшеница — кукуруза — подсолнечник. В 1994 (засушливом) году трехлетний севооборот принес на 268 кг/га больше пшеницы, чем севооборот пшеница — пар. Четырехлетний севооборот дал на 336 кг/га больше пшеницы, чем пшеница — пар. В 1995-м (влажный год) трех- и четырехлетние севообороты принесли соответственно на 672 и 432 кг/га больше пшеницы, чем система пшеница — пар (Бек и др., 1998 г.). Другой севооборот с трехлетним перерывом между высевами пшеницы (озимая пшеница — кукуруза — соя — полевой горох) принес на 941 кг/га больше урожая, чем система пшеница — пар. Прохладные и влажные сезоны увеличивают урожай длинных севооборотов, особенно при системе no-till. Ривз (1997 г.) подчеркивает преимущества севооборотов на примере нескольких исследований, показывающих, что разнообразие культур и севооборот более эффективно влияли на продуктивность при no-till, чем при традиционных методах обработки почвы, потому что севооборот снижает уровень заболеваемости во влажных регионах и повышает эффективность всасывания воды в полузасушливых регионах.

Выводы

Фермеры могут видеть или не видеть финансовую мотивацию в снижении парникового эффекта путем секвестрации углерода, но всегда найдутся и другие выгоды от увеличения почвенного углерода, включая лучшую продуктивность и качество почвы. Уровень почвенного углерода на постоянно засеваемой земле значительно снизился за последнее столетие. Это снижение частично восстановимо даже при дальнейшем использовании земли в сельскохозяйственном производстве. Уровень углерода в почве может быть повышен при помощи двух типов обработки почвы: 1) увеличение внесения органического вещества путем систем севооборота, высева покровных культур, внесения навоза или усовершенствования ежегодной продуктивности и 2) уменьшение потерь органического вещества путем контроля за эрозией и уменьшения обработки. Применяя один из этих двух методов, можно снизить или остановить потерю почвенного углерода, связанную с постоянным севом, но оба метода (почти всегда) должны использоваться в комплексе для увеличения количества углерода в почве. Климат важен для определения снижения или повышения почвенного углерода. Например, при прохладном влажном климате не так важно уменьшать обработку почвы, поскольку низкая температура снижает потери почвенного углерода, а нормальная влажность приводит к высокой продуктивности. Приверженцы почвосберегающего земледелия должны разъяснять своим клиентам, что рост уровня почвенного углерода необходим для сельского хозяйства. Для увеличения уровня почвенного углерода, а не просто для минимизации его снижения, растениеводы должны уменьшать обработку почвы и использовать севооборот, повышающий ежегодную продуктивность.

ВИДЕО
СОБЫТИЯ