Здоровье почвы. Строим будущее

Наши понятия о здоровье почвы сильно эволюционировали за последние десятилетия. Сегодня уже не только плодородие, содержание органического вещества, агрегатный состав, толщина почвенного горизонта, её пористость и объемный вес учитываются для оценки здоровья почвы. В этой статье описывается, как эксперты могут помочь своим клиентам-фермерам строить и поддерживать здоровые почвы.

Здоровье почвы

В последнее время большое внимание уделяется здоровью почв, особенно в связи с новыми усилиями по укреплению здоровья и образованию в области сельского хозяйства. Министерство сельского хозяйства США широко поддерживает многочисленные организации, занимающиеся сельским хозяйством, включая Американское общество агрономии (ASA), Общество сельскохозяйственных культур Америки (CSSA) и Общество почвоведения Америки (SSSA). Это постоянно развивающаяся система, которая больше не фокусируется только на уменьшении уплотнения почвы или увеличении плодородия. Сегодня ученые-почвоведы «копают глубже» и раскрывают секреты высокоэффективной почвы. Но что означает здоровье почвы для экспертов и их клиентов-фермеров?

Член ASA и SSSA Сьюзан Эндрюс, национальный лидер по качеству почвы и экосистем в NRCS (Служба природоохраны) в Линкольне, штат Нью-Йорк, говорит, что здоровье почвы - это просто ее способность делать то, что она намерена делать. В контексте выращивания сельскохозяйственных культур, по ее словам, здоровье почвы состоит из пяти ключевых функций:

• плодородие
• цикл питательных веществ для предотвращения выщелачивания азота
• удержание воды для использования растениями
• нейтрализация загрязняющих веществ
• стойкость к эрозии.

Эти основные концепции, добавляет член ASA и SSSA Гэри Стейнхардт, ветеран-почвовед, агроном из Университета Пердью, являются эволюцией старого образа мышления.

«Традиционно, когда мы думали о качестве почвы, говорили об этом с точки зрения плодородия. Для этого мы измеряли уровень насыщения химическими элементами – азотом, фосфором, калием и рН, - говорит Стейнхардт. - Это все верно, но в почве гораздо больше факторов, влияющих на растения. Есть что-то более важное в том, что происходит в почве, а не просто доступность питательных веществ».

В основу сегодняшней новой концепции почвенного здоровья положены органическое вещество и его важнейший компонент – гумус, а также роль, которую они играют в создании лучшей почвы. Органический материал, получающийся из разложившихся растительных и животных остатков и других органических соединений, синтезированных почвенными микроорганизмами, является естественным клеем, который объединяет частицы почвы. Эта группировка частиц песка, ила и глины в более крупные частицы, объясняет Стейнхардт, позволяет воде и воздуху перемещаться через поры почвы, в то же время действуя, как губка для хранения воды, доступной для последующего использования растениями.

Норм Видман из CCA, национальный агроном из Вашингтона, округ Колумбия, соглашается, что органическое вещество является основным ингредиентом для улучшения и поддержания функциональности почвы. Согласно NRCS увеличение органического вещества на 1% соответствует увеличению влагоемкости почвы на 0,5 дюйма на акр, или 13 577 галлонов воды (51 457 л). Видман говорит, что увеличение доступной воды может иметь огромное значение, особенно в периоды сильной засухи.

Хорошо структурированная почва с хорошей толщиной, пористостью и объемной плотностью также позволяет развить более активную корневую систему, которая может достичь большей глубины, добавляет член ASA и SSSA Марк Койн, почвенный микробиолог из Университета Кентукки. Растения с более глубоким проникновением корня, говорит Койн, в конечном итоге будут иметь лучший доступ к воде, расположенной глубже в почвенном профиле, и лучше использовать доступную влагу и питательные вещества.

«Корни будут расти глубже. Они станут более обильными, поэтому у них будет лучшая возможность забрать эти питательные вещества, - говорит Койн. - Микробное сообщество, связанное с корнями растений, также сможет расти лучше и быть более обширным с точки зрения распределения. Таким образом, питательные вещества, которые добавляются в качестве удобрений, будут лучше использоваться и не будут промываться в подпочву».

Что касается влияния на урожайность, по словам Стейнхардта, количественная оценка взаимосвязи между урожайностью и органическим веществом была несколько неуловимой. Отклик урожайности на увеличение органического вещества почвы более трудно измерить, чем другие отношения, такие как использование удобрений. Но, по мнению Стейнхардта, все еще остаются четкие выгоды от повышенного органического вещества с уменьшенной эрозией, большей утилизации питательных веществ, пониженного выщелачивания азота и лучшего качества воды.

Не каждая почва имеет тот же потенциал, что и другая почва, добавляет Видман. Получение каждого типа почвы для достижения наилучшего потенциала зависит от ряда факторов окружающей среды, которые могут повлиять на общую урожайность и экономическую выгоду фермера.

«Я не считаю, что мы можем придумать эту корреляцию, но мы можем прямо сказать, что данное процентное увеличение органического вещества приведет к увеличению «х» бушелей на акр или уменьшенной потребности в удобрениях. Это действительно будет зависеть от климата и культуры земледелия, -
говорит Видман. - Но я уверен, что работа по улучшению органического вещества и качества почвы приведет к заметному росту урожайности».

Тестирование состояния почвы

Какова наилучшая мера для оценки здоровья почвы? По словам Койна, обычный лабораторный тест на органическое вещество почвы или содержание углерода является самым надежным способом оценки ее качества. Но практическое обследование поля фермера также будет включать физические ощущения при попытке определить здоровье почвы. Самая основная диагностика - просто воткнуть в почву палец.

«Если почва действительно, очень тяжелая или твердая, в которую трудно вставить палец, это плохой знак. Это означает, что у вас плохая почва, - говорит Койн. - Почва, которая легко разламывается у вас в руках, скорее всего, проницаема и будет иметь достаточное пространство для роста корней растений», - добавляет он.

Взгляд на цвет почвы также может выявить её состояние. По словам Койна, почвы, которые сильно истощены, будут казаться сероватыми или зеленоватыми, а не более коричневыми или черными. И запах также может быть хорошим показателем того, насколько хорошо функционирует ваша почва.

«Почва должна издавать классический земной запах. Вы не должны иметь других видов запахов, - говорит Койн. - Вы не должны чувствовать запах вещей, которые вы свяжете с разлагающимся материалом».

Поиск признаков эрозии и недостатка питательных веществ в растениях также является легкой визуальной диагностикой, которая может указывать на ухудшение состояния почвы, добавляет Эндрюс. Но, если вы хотите иметь более всесторонний анализ биологических и физических измерений в дополнение к наблюдениям за полем или рутинному анализу почвы по углероду (гумусу), она рекомендует работать с Лабораторией исследования почв Kellogg в Линкольне, NE и лабораторией испытаний почвы в Корнельском университете. Для начала, говорит Эндрюс, простой анализ почвы на углерод является достаточным для макрооценки потенциала плодородия, если вы находитесь на пути к наращиванию органического вещества почвы.

Проведение микробиологического анализа может быть неоправданным, говорит Койн. Самое главное не пул микробов, а, скорее, способность сообщества микробов функционировать.

«В микробном масштабе вы говорите о порядке десятков тысяч или сотен миллионов на грамм почвы. Типичный культурный тест даст вам разнообразие этих организмов, но он не скажет вам, насколько хорошо функционирует система, - говорит он. - Таким образом, просто попытка подсчитать микроорганизмы не скажет вам, действительно ли это здоровая почва».

Увеличение органического вещества - медленно, но верно

Если фермеры и их эксперты ставят план увеличения органического вещества почвы, не ожидайте результатов в течение ночи. По словам члена ASA и SSSA Нейла Хансена, агронома из Университета штата Колорадо, наращивание органического вещества не является быстрым процессом. Даже увеличение количества органического вещества на десятую долю процента может занять годы, а то и десятилетия.

«Органическое вещество медленно прирастает, - говорит Хансен. - Если вы поместите тонну свежей биомассы в почву, примерно половина сухого вещества может быть углеродом, и только 10% этого углерода окажется в долгосрочном углеродном пуле почвы. Большая часть его будет разлагаться и улетучится, как CO2. Итак, когда вы оцениваете это с количеством углерода, который уже есть в почве, в 1%, то каждый год добавляете иглу в стог сена».

Самая большая проблема возникает в тех фермерских хозяйствах в полузасушливом регионе, где отсутствие осадков затрудняет производство биомассы, которая возвращается в почву и превращается в органическое вещество. Хансен предупреждает, что в полузасушливых условиях установление цели двойного прироста органического вещества (от 1% до 2%) за пять лет будет чрезмерно амбициозно.

Скорее, увеличение количества органических веществ от 1% до 1,2% в течение 5 - 10 лет гораздо более правдоподобно для фермеров в условиях нормального увлажнения. Хансен говорит, что даже такое небольшое улучшение не следует недооценивать.

«Лучшие шесть дюймов акров весят около 2 миллионов фунтов, - говорит Хансен. - Для полузасушливой почвы с 1% органического вещества это равно 20 000 фунтов органического вещества. Увеличение органического вещества до 1,2% - это увеличение на 4000 фунтов органического вещества в верхних 6 дюймах. Это увеличение всего на 0,2% представляет собой огромную массу».

Эндрюс говорит, что способность увеличивать органическое вещество также является спецификой региона. Даже использование одной и той же системы будет влиять на органическое вещество в разные периоды времени, в зависимости от климата, осадков и типа почвы. В южных штатах США, где температура более высокая, например, может потребоваться от 12 до 15 лет, чтобы увидеть измеримую разницу в общем гумусе
почвы.

Однако на Среднем Западе из-за различий в температуре и скорости разложения, чтобы заметить такое увеличение, процесс может занять только три года.

В любом регионе мира самый надежный способ создания и поддержания органического вещества включает в себя два основных этапа:

1. уменьшение или устранение обработки почвы и её уплотнения,
2. увеличение количества растительных остатков.

Шаг 1: уменьшить или исключить обработку почвы

Сокращение обработки почвы до абсолютного минимума - первый, ключевой шаг по улучшению здоровья почвы. Несмотря на то что не все обработки являются плохими, Видман признает, что сокращение как можно большего количества операций по обработке почвы всегда является предпочтительным путем при попытке увеличить содержание гумуса.

«Почвообработка вводит воздух непосредственно в почву на весь обрабатываемый объем. Этот воздух окисляет углерод до СО2 и улетучивается в атмосферу. Это углерод, покидающий вашу почву, - говорит Видман. – Но это не значит, что вы не можете заниматься обработкой почвы. Но чем меньше вы обрабатываете, тем быстрее сможете увеличить органическое вещество почвы».

Койн соглашается с тем, что, хотя может потребоваться обработка тяжелой почвы, лучший способ сохранить ее пористость и микробные популяции, необходимые для строительства органического вещества, -
уменьшить количество обработок. При этом следует помнить, что уплотнение почвы самоходными машинами - самый мощный ее разрушитель. Большее уплотнение означает уменьшение пор, а меньшие поры означают меньшие влагоемкость, воздухоемкость и большие трудности для проникновения корней.

Просто отказаться от обработки почвы нельзя, отмечает Хансен. В более сухих регионах некоторые фермеры добились успеха с No-Till, в то время как другие приняли консервационную обработку, которая обычно включает в себя борьбу с сорняками химикатами в период между севом и обработку почвы перед севом, а также обработки для разрушения уплотнения. Эта технология полностью исключает обработку почвы в периоды интенсивного испарения. Также в регионах, подверженных ветровой эрозии, сильные ветры могут удалять мелкие составляющие почвы, такие как органическое вещество, ил и глина.

«В засушливые годы некоторые почвы, возделываемые по No-Till, склонны к ветровой эрозии, потому что во время засухи образуется мало стерни и она не защищает от эрозии. Поэтому некоторые фермеры защищаются от ветровой эрозии нечастой мелкой обработкой почвы. Вы должны сделать все возможное, чтобы защитить почву от эрозии».

Видман добавляет, что наличие многолетних, устойчивых к гербицидам сорняков также является препятствием для принятия программ, которые уменьшают или устраняют обработку почвы. В зависимости от выращиваемых культур эксперты-консультанты и их клиенты-фермеры могут иметь ограниченный список пестицидов для выбора, чтобы решить проблемы устойчивых сорняков.

«Больше всего нас беспокоит то, что фермеры возвращаются к использованию интенсивной обработки почвы для борьбы с сорняками, - говорит Видман. - Это приведет к неправильному результату. Такие обработки могут помочь временно. Наша задача - создавать севообороты, а также чередовать механизмы действия пестицидов, чтобы не развивалась устойчивость сорняков».

Шаг 2: увеличить объем растительных остатков

В сочетании с уменьшением или устранением обработки почвы оставление достаточного количества остатков для защиты почвы от эрозии также необходимо для строительства и поддержания ее здоровья. Защитный слой остатков на поверхности почвы, говорит Койн, предотвращает уплотнение верхнего слоя во время интенсивных осадков и защищает от воздействия капель дождя. И, добавляет он, растительные остатки в конечном итоге будут включены обратно в почву дождевыми червями и внесут вклад в строительство органического вещества.

«Хорошая почва всегда должна иметь какое-то растение, растущее на её поверхности, будь то урожай или какая-то промежуточная покровная культура, которую, возможно, вы будете пахать позже или, может быть, убьете гербицидом, - говорит Койн. - Идея состоит в том, что эти культуры удерживают питательные вещества, которые в противном случае были бы потеряны. Растительные остатки, которые вы получите от этой покровной культуры, также в конечном итоге будут превращены в органическое вещество. Поэтому при использовании покровных культур вы, по сути, собираете углерод из атмосферы в течение периода, когда не собираете урожай».

Видман добавляет, что включение высокоактивных культур, таких как кукуруза, пшеница и рис, может помочь увеличить количество биомассы, которая возвращается в почву. Он говорит, что многолетние культуры, такие как злаки и люцерна, особенно полезны для увеличения количества растительных остатков и образования органического вещества.

Самый быстрый способ увеличить скорость накопления гумуса, считает Эндрюс, состоит в том, чтобы использовать севооборот из культур с высоким содержанием растительных остатков и сеять покровные культуры, чтобы поддерживать живой корень в почве круглый год, питать почвенную микоризу. Недавние исследования Национальной лаборатории почвенного покрова USDA-ARS показывают: чтобы уменьшить потери азота, промежуточные покровные культуры можно использовать на 70 - 80% площадей кукурузы и сои в США.

Однако исследователи отмечают, что у растений есть свои пределы. В северных регионах выгоды от покровных культур уменьшаются из-за низких температур и промерзания почв, в более сухих районах к западу от реки Миссисипи - из-за ограничения по доступной влаге. Исследования Юго-Западного исследовательского центра Канзасского государственного университета также поднимают вопрос негативной прибыли от покровных культур из-за их стоимости и нередко снижения доступности влаги для следующей товарной культуры.

Хансен добавляет: в хрупких экосистемах полузасушливых западных штатов США некоторые фермеры ещё используют пары, чтобы накапливать влагу, и их трудно убедить, что пар разрушает органическое вещество. Тем не менее, по его мнению, и в этих регионах покровные культуры имеют потенциал для защиты поверхности почвы, удержания питательных веществ и сокращения времени, необходимого для улучшения ее здоровья. По его словам, поиск подходящих растений и способа их включения в севооборот без существенного повышения экономического риска может потребовать дополнительных исследований по способам прекращения их вегетации.

По словам Видмана, независимо от региона улучшение здоровья почвы принесет пользу не только фермеру, но и долгосрочной устойчивости окружающей среды.

«У нас есть шанс реально управлять почвой и поддерживать ее в здоровом состоянии, - говорит он. - Если когда-либо мы допустим чрезмерную эрозию или уплотнение, почва будет болеть годами. Поэтому чем раньше мы сможем улучшить нашу почву, тем дольше будем защищать ее производственный потенциал. Испортить почву можно очень быстро, а восстановление займет многие годы».

Раскрытие секретов почвы

Это сложная задача. Как удовлетворить потребности растущего населения в продуктах питания, уменьшая воздействие сельского хозяйства на окружающую среду, поддерживая среду обитания диких животных и обеспечивая потенциальную экономию средств производителям? Ключевым моментом, безусловно, является улучшение здоровья почвы.

Поэтому, чтобы помочь аграриям понять основы и преимущества оздоровления почвы, а также способы дальнейшего роста её плодородия, NRCS запустила программу повышения знаний в области почвоведения и образования в области здравоохранения под названием «Разблокировать секреты почвы». Для этого создаются листовки, брошюры, видео, объявления в Интернете, на радио и в социальных сетях, проводятся локальные полевые дни. Кроме того, NRCS будет создавать программы поддержки, которые помогут фермерам в их попытках использовать методы оздоровления почвы на собственных полях.

Почвенное здоровье достигается путем уменьшения её рыхления, сохранения растительного покрова из как можно большего числа видов растений, максимального поддержания 12 месяцев в году живых растений в почве. Практика гигиены почв (No-Till, покровные посевы, WM и т. д.) помогает удерживать почву на месте, что улучшает качество воздуха и воды, уменьшает образование застоя воды и улучшает среду обитания диких животных.

«Это поможет нашим фермерам удовлетворить текущие и будущие потребности в сельскохозяйственной продукции, поощрит хорошие методы использования почв и природных ресурсов, - говорит глава NRCS Дейв Уайт. - Мы понимаем, что почвы и фермы сильно различаются по всей стране, поэтому наша задача - предоставить фермерам самую лучшую информацию, доступную для удовлетворения их конкретных потребностей, и помочь их бизнесу процветать».

Таннер ЭМКЕ, независимый журналист журнала «Crops & Soils»

Перевод Д. БЕЛОГО