Почва как источник и уловитель углекислого газа
Тысячелетия интенсивного земледелия до неузнаваемости изменили ландшафт нашей планеты: для нужд сельского хозяйства ныне используется около половины земель, на которых могла бы произрастать природная растительность, и 69% пресной воды, потребляемой человечеством. К такому неутешительному выводу пришли авторы недавно опубликованного доклада «Анализ мировой продовольственной системы» (The Global Food System: an Analysis), подготовленного для Всемирного фонда дикой природы (WWF) голландской исследовательской компанией Metabolic.
Авторы доклада отмечают, что при производстве сельхозпродукции в атмосферу выделяется 25-30% всех парниковых газов. В этом, вопреки устоявшемуся стереотипу, повинно не только животноводство, но и растениеводство: тут и выбросы от работы дизельных двигателей тракторов и комбайнов, и широко практикуемое сжигание послеуборочной растительной массы, приводящее к колоссальным объемам выбросов не только углекислого газа, но и целого букета загрязняющих веществ. Источником парниковых газов становится и сама измененная под воздействием сельскохозяйственных работ почва.
Известно, что уже через пять-десять минут после вспашки или глубокого рыхления почвы в ее десятисантиметровом слое остается в три раза меньше углекислого газа, чем до обработки: газ попросту улетучивается в атмосферу.
В природных условиях дело обстоит ровно наоборот: почвенная флора и фауна способны поглощать миллиарды тонн углекислого газа (имеются данные, что этот объем составляет не менее 7% от общего количества, поглощаемого биосферой Земли). Однако поглощение почвой CO2 возможно только при нормальной, ненарушенной структуре почвы, которая в идеале должна напоминать пористый сыр: иметь множество канальцев, полостей и проходов, созданных корнями растений, дождевыми червями, насекомыми, мелкими животными.
Не дать почве исчезнуть
Отвальная вспашка – то есть такая, при которой оборачиваются почвенные слои, глубокое рыхление, уплотнение почвы тяжелой техникой, широкое применение гербицидов и минеральных удобрений, которые убивают живущие в почве организмы, приводят к тому, что почва не только перестает выполнять свои экологические функции, но и, лишенная пористой структуры и превращенная в бесформенную массу, постепенно… исчезает сама.
По данным Продовольственной и сельскохозяйственной организации ООН (Food and Agriculture Organization, ФАО), в настоящее время около 20% сельскохозяйственных земель нашей планеты подвержены водной и ветровой эрозии – разрушению верхнего слоя водой или ветром, смыву или развеиванию его частиц – или другим формам деградации. При этом смываемый дождями и талыми водами плодородный слой повсеместно выносится в реки и далее в моря, вызывая их загрязнение.
«Частое вспахивание может со временем привести к разрушению баланса органических веществ почв, деградации земель и низкой урожайности», – предупредила ФАО в заявлении еще восьмилетней давности, призвавшем фермеров «к скорейшему переходу к системам управления сельским хозяйством, основанным на минимальном повреждении земель, увеличении толщины почвенного слоя и оптимальном севообороте, в тех случаях, где это возможно».
«Основная проблема заключается в том, что истощенные земли уплотняются и впитывают меньшее количество воды. Вода, которая не смогла впитаться, стекает, смывая при этом поверхностный слой почв. Сельскохозяйственные угодья становятся менее устойчивыми к дефициту воды, а подземные воды не пополняются водой, которая не проникает вглубь, что усугубляет воздействие засух», – предостерегает ФАО.
Продовольственная организация рекомендует «восстанавливать структуру земель и стимулировать биологические процессы в почвах» с помощью почвосберегающих технологий. Попробуем разобраться, о чем именно идет речь.
Что такое почвосберегающие технологии?
Если в традиционной системе земледелия земля с помощью различных операций доводится до состояния однородной, освобожденной от сорняков рассыпчатой массы, то смысл почвосберегающих технологий (ФАО, рассказывая об этих практиках, употребляет термин сonservation agriculture, а в русскоязычных материалах – «ресурсосберегающее сельское хозяйство») в том, чтобы вернуть почве естественное пористое состояние.
Этого можно достичь либо вообще не подвергая почву механическому воздействию (такую технологию называют «нулевой»), либо ограничиваясь только поверхностным рыхлением (в этом случае говорят о безотвальной вспашке, при которой плодородный слой не оборачивается на 180°, или о минимальной обработке почвы, которая часто является переходным этапом для внедрения «нулевой»).
В обоих случаях полностью исключается отвальная вспашка и глубокое рыхление и, главное, ни в коем случае не допускается «зачистка» земли от растительных остатков, особенно при помощи сжигания – столь популярного метода в традиционном земледелии.
Стерня и измельченная солома, оставшиеся после сбора урожая, играют важнейшую роль для урожая следующего, поскольку образуют на поверхности поля своеобразное покрывало – так называемую мульчу. Мульча – ключевой элемент беспахотной системы. Она позволяет уменьшить испарение влаги с поверхности почвы (что помогает сократить потребности посевов в воде), защищает плодородный слой от ветровой эрозии, способствует развитию почвенной живности и, что особенно важно, позволяет держать верхний слой почвы в рыхлом состоянии.
Имитируя природу
О том, что при выращивании сельскохозяйственных культур можно имитировать естественные природные процессы, еще в конце XIX века догадался русский ученый-агроном Евгений Овсинский. Ученый предложил применять мелкую безотвальную вспашку на глубину не более 5 см, для чего даже сконструировал специальный культиватор, орудие для неглубокого рыхления почвы. В 1871 году агроном начал практические опыты (закончившиеся, впрочем, не очень удачно: поля сильно заросли сорняками, с которыми, по причине отсутствия в то время эффективных гербицидов, справиться не удалось).
В США и Канаде интерес к беспахотной (no-till) технологии возник позднее, в 1931-1935 годах, после знаменитых североамериканских пыльных бурь, которые были вызваны, помимо засухи, масштабным освоением сельскохозяйственных земель, зачастую со сжиганием пожнивных остатков. В отличие от России, в Северной Америке эксперименты быстро переросли в коммерческую плоскость. Фирма Massey Ferguson изобрела сеялку, способную высевать семена в абсолютно непаханную землю, и технология стала постепенно набирать популярность.
В СССР же, который тоже столкнулся с песчаными бурями после кампании по «поднятию целины» в Казахстане в 1950-е годы, напротив, инновация так и не перешагнула рубежи экспериментальных полей. Была проведена серия опытов в казахских степях. Правда, применялась не «нулевая», а поверхностная обработка почвы плоскорезами – культиваторами, производящими рыхление почвы без оборота пласта и с сохранением на почве растительных остатков. Однако из-за несовершенства машин, отсутствия опыта и серьезного интереса со стороны колхозов эксперименты ни к чему не привели.
Возможно, причиной послужило то, что советские сельхозпроизводители не работали в условиях рыночной экономики, где постоянно приходится думать о снижении издержек. А западные фермеры быстро смекнули, что инновация, с помощью которой можно было обойтись без затрат на вспашку земли, позволяет неплохо экономить.
Экономия как двигатель перемен
Неудивительно, что главным катализатором широкого распространения в мире технологии no-till стал рост в 1990-2000-е годы цен на энергоносители. Страны – импортеры нефти из числа крупных аграрных держав (прежде всего, США, Бразилия, Аргентина) из соображений экономии топлива стали массово переходить на технологии, позволяющие исключить лишние операции при обработке почвы.
При традиционной обработке почвы требуется 12-15 проходов техники по полю за сезон, а при «нулевой» – всего 3-5. Отсюда и экономия топлива, требуемого для использования техники, и снижение затрат на ее обслуживание.
Кстати, о технике: сокращение ее роли привело и к сокращению ее видов. При «нулевой» технологии, в отличие от традиционной, используется только три типа машин: комплексные агрегаты, обеспечивающие высев семян прямо в дернину – самый верхний слой, содержащий корни, оставленные предшествующей культурой, опрыскиватель для обработки посевов и комбайн для уборки урожая.
Цифры всегда красноречивее слов. В конце 1990-х в Германии провели масштабное исследование экономических показателей беспахотной системы. По результатам исследования, приведенным украинским журналом «Зерно», выяснилось, что в сравнении с традиционной культивацией потребности в мощности техники оказались на 75% ниже, капиталовложения в технику снизились на 39% (чем мощнее трактор или агрегат, тем он дороже), на 80% сократились трудозатраты (их в исследовании измеряли в рабочих часах), а сокращение расхода топлива исследователи оценили на 84%.
Меньше расходов, больше всходов
А что насчет родных просторов? Масштабных исследований у нас никто не проводил, но есть данные по конкретным регионам.
Особенно интересна статистика из регионов, входящих в зону рискованного земледелия, – территорий, где природно-климатические условия нередко приводят к неурожаям и большинство хозяйств вынуждены балансировать на грани рентабельности.
Журнал «Земледелие», например, озаботился сравнительным анализом экономической эффективности земледельцев Поволжья, практикующих традиционную обработку почвы, и тех, кто применяет «нулевую». Так, в Самарской области хозяйства, работающие по беспахотной технологии, сумели сократить использование техники в расчете на 1000 га до 1300 часов – что в 2,4 раза ниже, чем при традиционной технологии. При этом расход топлива на 1 га составил 30 литров, тогда как по области этот показатель составляет в среднем 59 литров – то есть потребление горючего уменьшилось в два раза. Но и это еще не все: расходы на оплату труда тоже снизились (по-видимому, из-за снижения потребности в услугах трактористов), причем сразу в 2,3 раза.
Экономические выгоды, впрочем, не ограничиваются лишь сокращением издержек. Есть и прямая прибыль – увеличение урожайности культур.
Опыт и европейских стран, и стран американского континента показывает, что урожаи при беспахотной обработке почвы стабильно выше, чем при традиционном земледелии. Ряд источников оценивают рост урожайности в 10-90% – в зависимости от местных условий и опыта производителей. Особенно это заметно во время засух: мульча на поверхности почвы сохраняет влагу и способствует лучшему развитию растений. Кроме того, по мере восстановления природной структуры почвы в ней накапливается больше органики, что тоже положительно сказывается и на урожайности, и на пищевых качествах любых культур – от сои и пшеницы до сахарной свеклы.
На прогресс нет времени
По данным ФАО, в настоящее время в мире беспахотная технология применяется на площади около 155 млн га, или около 11% всех пахотных земель в мире. Наибольшее распространение технология получила в США и странах Латинской Америки, где 30-70% земель обрабатывается по технологии no-till в зависимости от страны. Наименьшее распространение технология получила в Европе, Африке и Азии. Еще около 300 млн га пашни возделывается по минимальной технологии.
В России оба метода пока приживаются медленно. По словам Евгения Корчевого, директора ассоциации производителей сельхозтехники «Росагромаш», чью оценку приводит журнал «Агроинвестор», 10 лет назад по ресурсосберегающим технологиям работали менее 5% аграриев, на конец 2015 года по минимальной или «нулевой» технологии возделывалось 15-20% пашни в стране. При этом, как отмечает для журнала директор Всероссийского научно-исследовательского агролесомелиоративного института Константин Кулик, деградации из-за водной и ветровой эрозии, периодических засух, суховеев и пыльных бурь подвержены 65% пашни; потери сельхозпродукции в зерновом эквиваленте составляют до 3,9 млн тонн ежегодно.
Причины не слишком пока широкого применения беспахотной технологии в России кроются не только в традиционном консерватизме сельхозпроизводителей, но и во вполне практических (и не беспочвенных) опасениях.
Во-первых, на «нулевую» технологию невозможно перейти одномоментно, по щелчку пальца. Нужен адаптивный период, во время которого обязательно требуется выровнять поля – иначе сеялки просто не смогут равномерно заделывать семена в невспаханную почву. А выравнивание почвы – сложная и порой не за один сезон осуществляемая процедура, требующая хоть и разовых, но приличных затрат.
Во-вторых, от сельхозпроизводителя требуется полностью пересмотреть прежние агрономические подходы: нужно научиться правильному для каждой конкретной местности севообороту, необходимо наладить систему обращения с пожнивными остатками, пересчитать сроки сева, так как невспаханная почва медленнее прогревается весной, и еще много чего.
Переход на новые технологии предполагает долгосрочное планирование и готовность к временному снижению дохода, а фермеры и крупные аграрные компании в России, как и в других экономически нестабильных регионах, к такому не готовы, их горизонт планирования ограничивается двумя-тремя годами.
Война против сорняков
Одно из главных опасений фермеров-«консерваторов» связано с тем, что отказ от глубокой вспашки может вызвать засорение посевов сорняками.
Надо сказать, что именно проблема с сорняками более чем полвека препятствовала широкому распространению беспахотных технологий. Дело в том, что бороться с сорной растительностью можно либо путем возврата к традиционной вспашке (при которой семена сорняков запахиваются в глубокий горизонт и не имеют возможности прорасти), либо применяя химические препараты – гербициды.
Победное шествие технологии no-till по миру стало возможным только в 1960-х годах, когда английская фирма Imperial Chemical Industries создала гербициды паракват и дукат. Эти вещества, как уверял производитель, практически мгновенно разрушались при контакте с почвой, в связи с чем можно было вроде как не беспокоиться о безопасности культурных посевов.
А в 1970 году химик Джон Франц, работавший на американскую компанию Monsanto, создал вещество глифосат, ставшее известным под торговой маркой «Раундап» (Roundup). «Раундап» как нельзя лучше подошел для беспахотной технологии: сельхозпроизводители стали использовать препарат для сплошной обработки полей в период между уборкой урожая и очередным севом. Фирма Monsanto уверяла (и продолжает уверять поныне) в том, что гербицид и продукты его распада не накапливаются в почве и не переходят оттуда в сельскохозяйственные растения.
Впрочем, безопасность глифосата подвергается сомнениям. Возможные риски воздействия этого гербицида на здоровье человека и на окружающую среду неоднократно оценивались в различных исследованиях и остаются спорным вопросом. В марте 2015 года Международное агентство по изучению рака (МАИР) Всемирной организации здравоохранения обнародовало заключение, в котором глифосат был отнесен к веществам, входящим в категорию «2А» – «весьма вероятно канцерогенным для человека» (классификация в подгруппу «2А» применяется к факторам, для которых имеются ограниченные свидетельства канцерогенности для человека и достаточные свидетельства таковой для животных). Вывод экспертов основывался на эпидемиологических исследованиях, исследованиях на животных и исследованиях клеточной ткани. Как пишет «Рейтерс», компания Monsanto подвергла критике обоснованность выводов МАИР и потребовала их опровержения, а Агентство по охране окружающей среды США, пока что не относящее глифосат к канцерогенным для человека, сообщило, что рассмотрит заключение МАИР в ходе очередной процедуры проверки гербицида на соответствие стандартам.
Проблема заключается еще и в том, что до сих пор нет достоверных данных о том, как происходит процесс распада «Раундапа», и о том, как продукты его распада ведут себя в окружающей среде.
Инновациям нужен второй круг
Растениеводство – единственная в мире производственная сфера, которая может не только стать углеродонейтральной, но и способствовать изъятию углекислого газа из атмосферы, и в этом отношении почвосберегающим технологиям нет равных.
Однако, чтобы не работать по принципу «одно лечим, другое калечим», сами эти технологии, очевидно, должны пройти еще один инновационный круг. Идеи для инноваций подсказывает сама природа: например, правильный расчет севооборотов или использование сидератов – растений-партнеров, способных задерживать рост сорняков, «привлекать» на себя внимание вредителей или отпугивать их, а также улучшать структуру и питание почвы. Чередование грядок или сроков засева различных культур с сидератами позволяет не применять на полях излишнюю химию.
И в самом деле, сельхозпроизводители все активнее применяют севооборот с участием трав-сидератов. Так, в Татарстане, на полях, где используют беспахотные технологии, научились избавляться от злостных сорняков, чередуя ряды пшеницы, рапса и гороха. Весь фокус в том, что у этих культур корневые системы проникают на разные глубины и, сменяя на поле друг друга, «соседи» осваивают питательные вещества на разных горизонтах плодородного слоя. Таким образом, сорнякам практически ничего не достается.
Интересные результаты показывают и эксперименты с так называемыми бинарными посевами – когда на одном поле одновременно высевается смесь семян двух культур, основной и вспомогательной. В России такие опыты активно проводятся в Ростовской области под руководством доктора биологических наук Николая Зеленского. Фактически, речь идет о растениеводстве нового поколения, при котором на поле большую часть года (что в условиях юга России вполне реально) что-то растет: в теплое время года поле делят между собой растущие в разных ярусах основная культура и сидерат, а после уборки урожая остается один сидерат.
На полях доктора наук Зеленского люцерна, горох, донник, эспарцет и другие бобовые «партнерствуют» с пшеницей, подсолнечником, кукурузой и другими культурами, благодаря чему сорной растительности не остается практически никаких шансов «оккупировать» пространство.
Бинарные посевы и прочие подобные технологии – это, конечно, пока экзотика. Но, как показывает история технологии no-till, начавшаяся, против тысячелетней традиции, с засева культур на непаханной почве, самая безумная, казалось бы, идея может получить неожиданный толчок и обрести коммерческий успех.
