Для того чтобы освоить и адаптировать к местным условиям систему сберегающего земледелия, рекомендуется начать применять ее на небольшом участке, пытаясь понять и проследить интеграцию всех её компонентов, включенных в конкретные земледельческие системы. Первым шагом должен стать поиск возможности максимального покрытия почвы на протяжении всего года. Это достигается правильным использованием пожнивных остатков, отказом от сжигания растительных остатков (культур и сорных трав) и подбором подходящих покровных культур (местных и экзотических) для севооборотов, куда также нужно включать товарные и фуражные культуры. Нужно также учитывать время, необходимое для выращивания покровной культуры, и период вегетации в соответствии с агроэкологическими зонами и почвенно-климатическими условиями, чтобы обеспечить наилучшее воздействие этих факторов на почву и последующие культуры.
Интеграция компонентов
Растения являются одним из важных индикаторов состояния окружающей среды. Некоторые могут расти только на плодородных почвах, в то время как другие обладают способностью произрастать на истощенных или обладают устойчивостью к кислым почвам и засухе. Это побуждает фермеров и технологов заняться поиском местных (потенциальных покровных) культур и попытаться внедрить их в земледельческие системы. Можно привести много примеров местных культур, в частности, стилосанта (Stylosanthes) в штате Мато Гроссо (Бразилия), некоторых видов люпина, найденных в Южной Америке и на юге Танзании в Африке. Эти культуры хорошо растут на кислых малоплодородных почвах.
Преимуществом использования некоторых потенциальных покровных культур в местных земледельческих системах различных развивающихся стран Африки, Азии, Америки является многофункциональность, например, долихоса, мукуны (Мисиnа pruriens). Они облегчают фермерам переход на систему сберегающего земледелия. Становится значительно легче полностью перейти на No-till, ориентируясь на местные условия и инфраструктуру фермерского хозяйства.
Неодинаковое воздействие культур на эрозийные процессы напрямую связано с количеством сформированной биомассы (надземной и подземной), наличным почвенным покровом, равномерностью распределения пожнивных остатков на почвенной поверхности, уровнем воздействия растительных остатков на свойства почвы: плотность, структурность, уровень инфильтрации, пористость и проч. Монокультура может совершенно изменить окружающую среду из-за: селективного потребления питательных веществ, выделения особых, свойственных только данной культуре, корневых экссудатов, создания благоприятных условий для увеличения численности отдельных видов микроорганизмов, что в результате изменяет физическое, биологическое и химическое состояние почвы, а также влечет за собой появление и накопление характерных для культуры насекомых-вредителей, болезней и некоторых сорняков. Эти компоненты сильно влияют на цепочку взаимодействий «почва-вода-растение» и провоцируют снижение почвенного плодородия и падение урожайности культур.
Влияние севооборота на свойства почвы
В разных агроэкологических зонах штата Парана, а также в других штатах Бразилии при применении разнообразных земледельческих систем фермеры широко используют различные виды покровных культур. Эти виды произрастают вместе с товарными однолетними культурами (маисом, пшеницей, фасолью, соей, хлопком, кассавой, картофелем, арахисом, подсолнечником, овощами), а также подсеваются во многолетние культуры – кофе, цитрусовые, фруктовые деревья, виноградники, проч. Помимо улучшения свойств почвы и благоприятного воздействия на последующие посевы с/х культур, покровные культуры отличаются многоплановостью применения. Некоторые виды используются в качестве зеленого корма для животных, а некоторые – в пищу людей.
В южной части Бразилии в системе севооборотов применяются различные виды покровных культур. Это – разные виды кроталярии, канавалии и вигны, разные виды арахиса, долихос, вика мохнатая, вика обыкновенная, редис, люпин белый, люпин желтый, люпин узколистный, душистый горошек, овес черноголовый, овес белый, райграс, рожь, подсолнечник, кукуруза, просо, сорго. Фермеры в округе Рачуньо (Кения) применяют бобовые культуры вместе со слоновой травой (Pennisetum purpureum) с целью контроля такого сорняка как стрига. Смесь пеннисетума красного со стилосантом (Stylosanthes sp.), долихоса (Dolichos lablab), фасоли бархатистой (Mucunapruriens) или сиратро (Macroptilium atropurpureum) является хорошим фуражом.
Другие виды покровных культур, которые могут быть использованы: земляные бобы, нут, горох коровий, фасоль золотистая, долихос обыкновенный, горох голубиный, клевер, люцерна, люпин, сиратро, кроталярия индийская, фасоль бархатная, сиратро, пуэрария, стилосантес и проч. Общей чертой всех этих видов является то, что они обеспечивают циркуляцию питательных веществ и фиксацию азота (бобовые культуры), который может быть легко усвоен последующей с/х культурой.
Растения, применяемые в качестве покровных культур, производят большой объем растительной биомассы и корней, которые прямо и косвенно воздействуют на систему «почва-вода-растение» и играют ключевую роль, когда используются в правильно подобранных схемах севооборотов вместе с товарными и кормовыми культурами.
Согласно результатам исследований Лэла (1975) и Санчеса (1989), применение покровных культур и чередования товарных культур для обеспечения почвенного покрова является стратегически эффективной мерой по защите почвы и восстановлению почвенного плодородия в различных агроэкосистемах мира. Покровные культуры имеют также следующие позитивные аспекты:
- защита почвы от водной и ветровой эрозии;
- создание мульчи для улучшения почвенного покрова и применение принципов сберегающего земледелия;
- подавление роста сорняков;
- улучшение водоудерживающей способности почвы;
- контроль над колебаниями температуры почвы;
- восстановление циркуляции питательных веществ;
- накопление азота в почве путем биологической фиксации (бобовые);
- улучшение почвенной биологии (макро- и микрофлоры и фауны);
- мощные корни некоторых покровных культур являются своего рода «биологическим плугом» и разрушают уплотненные слои почвы;
- улучшение физических свойств почвы (агрегация почвенных частиц, инфильтрация, пористость, проникающая способность, проч.);
- севообороты с применением разных видов покровных культур обеспечивают биологический баланс почвы и способствуют уменьшению проблем с насекомыми-вредителями и заболеваниями (почва и культуры);
- постоянное добавление органических остатков способствует увеличению содержания в почве органического углерода;
- уменьшение потерь почвенных питательных веществ и выщелачивания почвы;
- рост корней покровных культур обеспечивает благоприятные условия для развития почвенных организмов;
- обеспечение хороших условий для поглощения влаги и питательных веществ последующими растениями последующих товарных культур.
В районах с низким содержание органических веществ в почве, недостаточной доступностью питательных веществ, низким уровнем рН, наличием алюминия в почве происходит изменение физических свойств почвы (структурности, уровня инфильтрации, пористости почвы и соответственно развития корневой системы растений). В этом случае применение некоторых культур в период пара поможет быстрее улучшить плодородие почвы по сравнению с традиционной практикой.
Обычно на кислых почвах, когда известь вносится в верхний слой почвы без пожнивных остатков, рекомендуется вносить ее не глубже чем на 10 см. Известь вместе с растительными остатками изменяет уровень рН и содержание Са, Mg и Al в почве. Позитивное воздействие растительных остатков на мобильность извести была обнаружена Миязавой (Myazawa) в 1998 году при применении следующего севооборота: овес черногривый (Avena strigosa) – рожь (Secale cereale) – мукуна серая (Мисипа pruriens) – леукена (Leucaena leucocephala). Пожнивные остатки пшеницы (Triticum aestivum) не оказали никакого воздействия на мобильную способность частиц извести. Уменьшение содержания Al, Са и Mg в верхнем слое почвенного профиля влечет за собой увеличение К. Металлоорганические комплексные реакции являются основным механизмом, обеспечивающим мобильность частиц извести (Franchini et al, 2001).
Эти результаты подтверждают тот факт, что растворимые органические соединения, которые выделяются из растительных остатков, содержат карбоксил (-СООН) и фенольные (-ОН) группы, которые вступают в реакцию со щелочными и кислотными катионами, обеспечивающими мобильность и способность к детоксификации кислых подпочвенных слоев.
При отказе от пахотной обработки и оставлении растительные остатков на поверхности почвы возрастает численность популяции почвенных макро- и микроорганизмов. Растительные остатки, благодаря формированию мульчирующего слоя на поверхности почвы, способствуют улучшению почвенной структуры, увеличивая стабильность почвенных агрегатов в воде (цементирующее действие органических веществ, полисахаридов, гифов и грибов), повышают водоудерживающую способность почвы и уровень инфильтрации, обеспечивают большую пористость почвы, способствуют почвенной аэрации и уменьшают испарение.
Результаты применения почвосберегающих систем
Повсеместное применение бобовых культур в севооборотах улучшает почвенную структуру с помощью организмов, которые разлагают растительные остатки бобовых культур. В 1993 году Тумсен (Toomsan), работая с почвами нагорных районов в Таиланде и используя перед посевом кукурузы арахис, обнаружил, что оставленная на поверхности почвы солома арахиса увеличивает урожайность кукурузы на 65%. При применении бобовых сидеральных культур (Vigna unguiculata L.) урожайность риса увеличилась на 100% (2,2 т/га) по сравнению с исходной. Был сделан вывод, что почвы северных возвышенностей Таиланда при сжигании пожнивных остатков быстро теряют почвенные органические вещества, которые можно восстановить, применяя севообороты с бобовыми культурами и используя практику оставления растительных остатков на поверхности почвы в виде мульчирующего слоя для защиты почвенной поверхности.
На исследовательской ферме Санто Антонио, которая находится на севере Параны (Calegari et al, 1995), было отмечено увеличение инфильтрации воды в почву с 20 мм/ч при традиционной пахоте до 45 мм/час при технологии No-till (севооборот соя-пше-ница) благодаря изменению некоторых физических свойств почвы. Усиление процесса инфильтрации воды в основном явилось результатом воздействия на почву растительных остатков (корней, листьев и проч.) и благодаря усилению жизнедеятельности микроорганизмов, включая корневые экссудаты и грибы. После семи лет работы были отмечены изменения в уровне содержания питательных и органических веществ в разных системах земледелия (табл. 3): содержание органических веществ уменьшилось при пахотной обработке почвы, а на участке с неповрежденной почвенной структурой (No-till) наблюдалось увеличение содержания органических веществ в почве благодаря растительным остаткам на поверхности и замедленному процессу их разложения. Содержание органических веществ при применении No-till достигло 30 г/дм3.
В исследованиях, проводимых в двух районах Парагвая (на песчаных почвах Фрисленда и глинистых почвах Облигадо), оценивалось влияние гербицидов в двух земледельческих системах (No-till и традиционная пахота). Был проведен учет количества организмов (земляных червей, насекомых и проч.) на вариантах с No-till и традиционной пахотной обработке, а также в лесу (табл. 1).
В лесной почве и в почве, где применялся No-till, живых организмов оказалось больше. В песчаных почвах Фрисленда обнаружена большая концентрация организмов, нежели в суглинках Облигадо. Эти же результаты подтвердили в 1999 году Ромбке и Форстер (Rombke & Forster).
Несмотря на факт использования гербицидов при No-till, многообразие выращиваемых в этой системе культур (покровных и товарных) приводит к увеличению числа микроорганизмов по сравнению со вспаханными землями, обрабатываемыми гербицидами.
Ежегодное добавление растительных остатков на почвенную поверхность и применение севооборота в системе No-till обеспечивают постепенное увеличение содержания органических веществ в почве на обрабатываемых сельскохозяйственных землях Парагвая (табл. 2).
Результаты исследования, проведенного автором (Адемиром Калегари. – Ред.) в 1998 году при следующем химическом составе почвы: рН = 4,7; А1 3+ = 0,17 миллиэквивалент; Са 2+ = 3,5 миллиэквивалент; Mg 2+ = 2,04 миллиэквивалент; К + = 0,42 миллиэквивалент; % С = 2,5 и Р = 3,0 промилле, в южных районах Параны (Pato Branco), указаны в табл. 3.
Более высокая урожайность кукурузы была получена при использовании растительных остатков бобовых культур (вики, люпина узколистного, птичника и гороха душистого). В большинстве случаев урожайность кукурузы по No-till была выше, чем при традиционной пахотной системе обработки почвы. Кукуруза, посеянная в бобовые покровные культуры, практически не реагировала на внесение азотных удобрений, а на участках со злаковыми культурами и находящимися под паром хорошо на них реагировала. Таким образом, можно сделать вывод, что эти культуры предоставляют большие возможности для экономии химических азотных удобрений.
Благоприятная тенденция, прослеживаемая в вышеприведенных результатах, соответствует данным, полученным фермерами Параны, которые применяют зеленые сидеральные культуры, используют севооборот и методы No-till. Было подтверждено, что при выращивании люпина и вики до посева кукурузы возможно накопление в почве до 90 кг/га азота (Derpsch & Calegari, 1992; Calegari et al, 1998).
Не оставляйте землю непокрытой
Результаты, полученные на основе многолетних исследований по всему миру, подтверждают экономическую целесообразность применения севооборотов, повышающих экологическую устойчивость земледелия.
Севооборот с покровными культурами обеспечивает прекрасный контроль эрозии (водной и ветровой), накопление и сохранение влаги в почвенном профиле, предотвращает её испарения с почвенной поверхности, улучшает свойства почвы, повышает не только урожайность пшеницы, сои, кукурузы, риса, хлопка, подсолнечника, сорго и проч., но и способствует сохранению и восстановлению почвенного плодородия. Севообороты с бобовыми культурами позволяют экономить азотные удобрения, помогают усилить контроль над сорняками благодаря мульчирующему слою, улучшить биологический баланс почвы, сократить популяции насекомых-вредителей и снизить уровень развития болезней культур. Все это приводит к экономии трудовых ресурсов и топлива, сокращает производственные затраты и обеспечивает контроль состояния почв для достижения устойчивости земледелия.
Метод No-till успешно применяют во многих регионах Бразилии уже в течение 30 лет. Внедряется много новых культур (соя, кукуруза, фасоль, хлопок, сорго, просо, подсолнечник, пшеница, ячмень, рожь, люпин, рапс, арахис, овощные культуры и проч.), улучшается состояние окружающей среды, повышается прибыльность и рентабельность растениеводства.
В статье были использованы данные, предоставленные фермерами, работающими по No-till, которые добились повышения урожайности сои, кукурузы, сорго, фасоли, многолетних и садовых культур.
Адемир Калегари
