Парниковые газы, способствующие глобальному потеплению климата
Дополнительный отрицательный вклад вносит сжигание соломы, которое сопутствует технологии с использованием плуга. Испытания в США показали, что только за 19 дней после вспашки высвобождение СО2 вследствие микробного окисления органического вещества примерно на 80% выше по сравнению с почвами, на которых вспашка не применялась.
С каждой тонной почвенного углерода, которая теряется при разрушении органического вещества, 3,7 тонн СО2 улетучиваются в атмосферу. При традиционной обработке почвы в атмосферу может улетучиться до 10 т/га СО2.
Согласно расчетам, проведенным на 70 млн. га пашни в ЕС, при традиционной обработке почвы, предпосевной обработке, посеве и обработке жнивья выбрасывается 11,8 млн тонн атмосферных газов, преимущественно в виде СО2. По оценке независимых экспертов, эмиссия (выбросы) CO2 в России на 123,5 млн. га сельхозугодий из-за применения вспашки ежегодно достигает 290 млн тонн в год.
Выход есть
Технологии сберегающего земледелия, такие как мульчированный и прямой посев, уже давно используются для уменьшения вложений в технику, затрат рабочего времени и потребляемой энергии, а также для снижения эрозии почв.
Важнейшим достоинством технологий сберегающего земледелия также является непосредственное воздействие на взаимосвязь органического вещества и углерода в почве. Многолетние исследования немецкого ученого Фридриха Тебрюгге показали, что при отказе от традиционной обработки почвы содержание углерода в почве в год в расчете на 1 га превысило 0,77 тонн, эмиссия СО2 уменьшилась на 2,8 тонн.
Общий объем потерь углерода при различных технологиях обработки почвы (1 – вспашка отвальным плугом, 2 – вспашка + дискование, 3 – дискование, 4 – чизелевание, 5 – прямой посев)
При этом также отмечается значительный экологический эффект, выражающийся в сокращении выбросов углекислого газа в атмосферу, увеличения секвестрации углерода в почве, сохранении почвенного плодородия, снижении подверженности почвы ветровой и водной эрозии.
Уплотнение и почвенный углерод
Сравнение выращивания сельскохозяйственных культур с применением вспашки с технологиями сберегающего земледелия, показывает, что при минимальной обработке почвы и прямом посеве, как правило, достигается более высокая (или равная) урожайность, растет экономическая прибыль.
Однако, как показывает практика, это происходит не всегда. Иногда, в зависимости от почвы, погодных условий, предшественника и основной культуры в рамках ресурсосберегающих технологий, колебание урожайности намного сильнее, чем при использовании вспашки. Одна из причин этого заключается в наличии уплотнений на поверхности почвы. Вспашка или культивация разрушают эти уплотнения. А мульчированный и прямой посев, наоборот, иногда сопровождаются плохой полевой всхожестью и неудовлетворительным развитием молодых растений. Измерения показали, что содержание кислорода в почве во влажных, плохо структурированных почвах по следу колес трактора может достигать критически низких показателей.
Уплотняющее действие от колес и гусениц распространяется до 1 м в глубину и до 0,8 м в поперечном направлении и может сохраняться до следующего вегетационного периода. Качество работы при выполнении технологических операций на уплотненных участках по следам сельхозмашин не отвечает агротехническим требованиям. На поверхности поля остаются следы глубиной до 0,12 м, по которым плотность почвы существенно превышает оптимальные значения.
Считается, что уплотнение — составная часть физической деградации почвы, которая ускоряет процессы эрозии и потерю почвенного органического углерода.
Известно также, что увеличение секвестрации почвенного углерода улучшает качество почвы и активизирует почвенные рекуперативные (восстановительные) процессы.
Коротко о CTF
Возможность решения проблемы уплотнения почвы предоставляет система Controlled Traffic Farming (CTF).
— Многократное использование постоянной технологической колеи проезда техники в системе Controlled Traffic Farming требует очень высокой точности, — рассказывает Дирк Полони, специалист по системам точного земледелия из Agri Con GmbH (Германия). — GPS-сигнал со спутника при передаче подвергается различным искажениям, без применения специального оборудования реальная точность позиционирования обычно измеряется в метрах. Искажения могут быть существенно уменьшены с помощью дополнительной наземной инфраструктуры – систем дифференциальной коррекции. Поэтому в Германии широко распространена технология использования наземных базовых станций RTK.
Это приложение для системы GPS, которое служит для обеспечения сантиметровой точности координат в режиме реального времени и передачи скорректированных данных.
Режим RTK позволяет получать поправки в реальном времени с точностью порядка 1 см.
Таким образом, по технологической колее, проложенной единожды, можно работать в течение нескольких лет, обеспечивая точность от 2 до 3 см. Все транспортные средства, оснащенные системами управления GPS, передвигаются по полю по постоянной технологической колее с взаимно согласованной шириной захвата и шириной колеи. За пределами следа машины не ездят. Благодаря этому, в зависимости от ширины захвата, как минимум на 2/3 площади создаются условия для устойчивого улучшения структуры почвы. Стратегия проезда по полю учитывает тот факт, что 80% повреждений почвы за счет уплотнений возникает при первом проезде. Потому важно, чтобы проезд техники происходил по минимальной площади. Польза заключается не только в стабильном нахождении технологической колеи, при использовании широких шин и шин низкого давления снижается давление на почву в зоне возделывания растений.
Многочисленные исследования в Австралии, США, Германии, Великобритании и Дании показали, что на участках, по которым не было проезда техники, обозначилась тенденция медленного, но стабильного улучшения свойств почвы. При этом проводилось наблюдение за такими факторами, как повышение инфильтрации воды, формирование более рыхлой структуры почвы, беспрепятственный газообмен, улучшение полевой всхожести, более интенсивное прорастание корней и более стабильная урожайность. Исследования, проведенные по различным полевым культурам в Германии, показывают увеличение урожайности на 9-16%.
Австралия снова впереди
В Австралии проводилась серия исследований в различных районах с разными почвенно-климатическими условиями, направленных на изучение динамики содержания почвенного углерода и выбросов парниковых газов при смене традиционной обработки почвы на прямой посев с использованием технологии согласованного движения техники с применением постоянной технологической колеи. Одним из аспектов исследований стало изучение влияния уплотнения почвы, вызванного использованием техники, на выбросы парниковых газов.
Эти данные подтверждаются исследованиями Джеффа Н. Туллберга, ученого-практика из Университета Южного Квинсленда, почетного профессора Австралийской ассоциации CTF, который на практике доказал, что использование систем проезда техники, контролируемого в рамках CTF, снижает выбросы парниковых газов. В хозяйстве на юго-востоке Квинсленда проводился эксперимент, в качестве опытного участка использовался участок с посевами пшеницы, на котором три года применялся прямой посев с использованием системы Controlled Traffic Farming (подробности читайте в прошлом номере нашего журнала).
В результате опыта средние уровни выбросов N2O (основного компонента выбросов парниковых газов при выращивании сельхозкультур) при случайном движении по почве оказались существенно выше, чем при движении по постоянной колее. Зафиксировано, что послепосевные выбросы при использовании движения техники по постоянным колеям были на 40% ниже показателей систем производства сельскохозяйственных культур без Controlled Traffic Farming.
Подобные исследования по сравнению технологий со вспашкой, прямого посева и прямого посева с Controlled Traffic Farming проводились в США, где в результате многолетних исследований были получены похожие результаты.
— В традиционной технологии воздействие техники имеет постоянный характер, а это означает, что все почвы в системах без согласованного движения техники в той или иной степени подвергаются воздействию уплотнения на глубинах более 100 мм, что уменьшает просачивание воды и гидравлическую проводимость, увеличивает риск заболачивания, а также создает благоприятные условия для расширенных выбросов N2O, — отметил Раттан Лал, профессор Университета почвенных исследований, директор центра по углеродному управлению и секвестрации (Огайо, США). -Практическим путем было доказано, что при системном использовании CTF происходит увеличение урожайности с относительно низким уровнем выбросов парниковых газов по сравнению с традиционными системами использования техники.
Очевидно, что прямой посев в сочетании с CTF, с использованием технологий точного земледелия, является полноценной системой, применение которой на практике имеет большой потенциал для увеличения связывания углерода и уменьшение выбросов N2O в пашне.
К сожалению, несмотря на эти явные преимущества, система CTF наиболее популярна лишь в Австралии, Германии и США. Активно в сельхозпроизводстве она используется в 40% австралийских сельхозпредприятий, около 20% немецких и 15% американских фермеров. В остальных странах мира, в том числе, в России, в практическом аспекте данная технология только начинает применяться.
