Карбоновое земледелие и его перспективы
Растущая осведомленность и озабоченность по поводу изменения климата стимулирует спрос на углеродное (или карбоновое) сельское хозяйство. В чем тут выгода для фермеров?
Об этом рассказывает Кей Ледбеттер, Техасский университет A&M, цитируя экспертов, в своей статье, опубликованной на сайте университета.
«Все чаще обсуждается, как дать фермерам возможность зарабатывать на углеродных кредитах, то есть получать премию за экологически безопасные методы, которые они внедрили или будут внедрять в своей деятельности», — говорит Джо Аутлоу, экономист и содиректор отдела сельскохозяйственной и продовольственной политики в Техасском колледже сельского хозяйства и наук о жизни A&M.
«Углеродное земледелие – это способ ведения сельхозбизнеса, который позволит улавливать или связывать органический углерод почвы, делая возможной продажу углеродных кредитов корпорациям, чтобы они могли компенсировать свои выбросы парниковых газов», поясняет он.
Однако многие вопросы об эффективности карбонового АПК и его ценности для фермера пока остаются без ответа. Будут ли стимулы привлекать достаточное количество фермеров? Насколько сложно будет внедрить и контролировать эти методы улавливания углерода? Получат ли одни фермеры больше выгоды, чем другие? Будут ли фермерам отдавать должное за действия, которые они уже предприняли для сокращения выбросов парниковых газов?
Углерод постоянно проходит через Землю. Световая энергия солнца действует как топливо для углеродного цикла — естественного процесса, перемещающего углерод через нашу атмосферу, биосферу, педосферу, литосферу и океаны.
«Человеческая деятельность привела к необходимости извлекать огромное количество глубоко секвестрированного ископаемого углерода в виде ископаемого топлива. При сгорании эти плотные формы углерода выделяют огромное количество углекислого газа», ученый по плодородию почвы из Департамента почвоведения и растениеводства Лаббока Кэти Льюис.
По ее словам, сейчас выделяется больше углекислого газа, чем земные растения и океаны могут естественным образом реабсорбировать. Этот избыток углекислого газа образует покрывало в нашей атмосфере, улавливая солнечное тепло и приводя к изменениям климата.
Во всем мире почвы, по оценкам, содержат примерно в 10 раз больше углерода в атмосфере — намного больше, чем накапливается в растениях.
«Углеродное сельское хозяйство рассматривается как способ помочь восстановить баланс углеродного цикла, повысить устойчивость почвы к засухе и естественным образом увеличить продуктивность АПК. Идея проста — удалить лишний углерод из атмосферы и сохранить его в почве, где он будет способствовать росту растений», поясняет Льюис.
Карбоновое земледелие работает через комплекс сельскохозяйственных методов, например, таких как No till или обработка с минимальным нарушением почвы, мульчирование, компостирование, покровные культуры и выпас скота, все это способствует в качестве способов секвестрации углерода в почве.
«Потеря углерода из почвы в основном происходит из-за удаления растительных материалов, содержащих углерод, обычно во время сбора урожая. Изменения в управлении земельными ресурсами могут привести к увеличению или уменьшению углерода в почве, создавая новое равновесие. «Выращивание» углерода можно считать успешным, когда чистое количество улавливаемого углерода в почве превышает потерянное количество», говорит Льюис.
В целом Служба охраны природных ресурсов (NRCS) Минсельхоза США выявила не менее 32 методов сохранения углерода на фермах с подтвержденными в лаборатории результатами.
«В Америке ведутся дискуссии о создании «углеродного банка» в Министерстве сельского хозяйства США, который покупал бы у фермеров углеродные кредиты и продавал их корпорациям. Также рассматривается или разрабатывается ряд частных кредитных рынков или программ платежей за выбросы углерода.
Однако для того, чтобы общая структура карбонового сельского хозяйства была успешной, она должна включать разумную политику, государственно-частное партнерство, точные методологии количественной оценки и вспомогательное финансирование для эффективного внедрения прямых, научно обоснованных решений. На самом деле, в настоящее время действительно нет способа узнать, станет ли углеродное земледелие эффективным способом борьбы с изменением климата, но нет никаких сомнений в том, что есть много способов внести изменения в управление земельными ресурсами, которые улучшат здоровье почвы и принесут пользу окружающей среде», сказал Джо Аутлоу.
Исследования по связыванию органического углерода в почве показывают, что Кукурузный пояс США с его хорошей почвой, мягким климатом и надежными осадками является одной из лучших перспектив для жизнеспособного углеродного земледелия.
Кроме того, регионы юга США с продолжительным вегетационным периодом и достаточным количеством осадков, а также регионы со значительным орошением создают жизнеспособные возможности для углеродного земледелия.
«Углеродное сельское хозяйство, вероятно, станет более сложной задачей для фермеров в жарких и засушливых районах страны. Поэтому необходимо учитывать климатические различия, предоставляя при этом ряд вариантов, из которых фермеры и владельцы ранчо смогут выбирать лучшую программу для своей земли», добавил он.
У Минсельхоза США есть веб-инструмент под названием COMET-Farm, который помогает фермерам, заинтересованным в переходе на методы связывания углерода.
Инструмент предоставляет приблизительный углеродный след на основе данных, предоставленных пользователем, и позволяет фермерам исследовать различные сценарии управления земельными ресурсами, чтобы увидеть, какие из них могут работать лучше через смоделированные сценарии будущего.
После завершения создается отчет, где сравниваются изменения углерода и выбросы парниковых газов в соответствии с текущими методами управления и будущими сценариями.
«Как экономист и человек, проработавший много лет в сельском хозяйстве, я бы посоветовал производителям сделать свою домашнюю работу и оценить плюсы, минусы и затраты углеродного сельского хозяйства в сравнении с его потенциальными экономическими и другими преимуществами для их деятельности, а затем решить, стоит ли оно того», заключил Аутлоу.
(Источник: Texas A&M University. Автор: Кей Ледбеттер).
Источник
«Секретное оружие» сельского хозяйства
Углеродное сельское хозяйство — концепция, которая сегодня на устах у каждого крупного игрока в области ведения устойчивого агробизнеса. Его называют «основой будущей цивилизации» с высоким промышленным потенциалом. Что же это такое — углеродное сельское хозяйство?
Майкл Поллан написал для Washington Post, что считает его «секретным оружием» в сельском хозяйстве. Билл Маккиббен описал углеродное сельское хозяйство как «мощное видение, которое предвещает значительные изменения в использовании земли».
Углеродное сельское хозяйство является ответом сельского хозяйства на изменение климата. Проще говоря, цель состоит в том, чтобы взять избыток углерода из атмосферы, где элемент вызывает глобальное потепление, и хранить его в почве, в которой углерод помогает росту растений. Принцип довольно прост.
Большинство людей понимает, что сжигание ископаемого топлива превращает планету в одну большую теплицу. В отличие от нефти, почва на поверхности Земли содержит значительный запас углерода в виде органических веществ, который фермеры и садоводы всегда стремятся максимизировать. Растения становятся органическим удобрением для почвы, когда они разлагаются, и фотосинтез, по определению, удаляет углекислый газ из воздуха и подает его через корни растений в почву.
Беспокойство по поводу изменения климата во время переговоров по климату в декабре в Париже выразили 25 стран, которые взяли на себя обязательство применять концепцию углеродного земледелия, но владельцы ранчо, такие как Гейб Браун, который разводит домашний скот и выращивает культуры на 5000 гектаров за пределами Бисмарка (Северная Дакота), говорят, что вся почва будет питаться углеродом, это питательные вещества для жизненного цикла.
На первый взгляд, большинство способов ведения углеродного сельского хозяйства — это давным-давно известные органические методы: вместо того чтобы полагаться на «химические костыли», измельчение почвы и постоянную обработку, вы можете обогатить землю компостом и получить возможность разнообразить спектр продуктов питания и покровных культур на полях от сезона к сезону. Но Браун и другие фермеры — Джоэл Салатин из Вирджинии и Аллан Чабер из Зимбабве, которые практикуют углеродное сельское хозяйство, — идут на все, чтобы сохранить углерод-продуцирующие из атмосферы органические вещества в почве. Вспашки избегают, как чумы. Вместо того чтобы поднимать землю в конце цикла данной культуры, Браун посылает домашний скот, овец, свиней и цыплят, в поле, чтобы растоптали и съели урожай. Затем он использует сеялку, чтобы посадить следующий урожай среди гниющих корней предыдущего.
На полях у Брауна до сих пор растет кукуруза, но с покрытием клевера или горошка под стеблями. Он следит за каждым урожаем со смесью проса, суданской травы, коровьего гороха, подсолнечника и других почвообогащающих покровных культур, комбинируя до 70 различных видов в одной посадке. Каждый занимает свою нишу с точки зрения высоты, глубины корней, формы листа и темпа роста, образуя плотный покров растительности, которая перекачивает углерод с неба к земле и обеспечивает богатый «коктейль», на котором его скот должен пастись.
Браун говорит, что значительно увеличил свою доходность с момента начала использования метода ведения углеродного сельского хозяйства более 20 лет назад. В дополнение к улучшенному выходу кукурузы, сои, пшеницы он теперь поставляет говядину, свинину, яйца, цыплят-бройлеров и мед местным потребителям.
Другой окупаемый способ углеродного сельского хозяйства, по крайней мере, за рубежом, — углеродно-кредитные рынки. В течение последних пяти лет сельскохозяйственный сектор Австралии выиграл от внедрения программы национального ограничения выбросов и торговли, которая позволяет фермерам, применяющим метод секвестрации углерода, продавать углеродные кредиты (углеродные кредиты являются глобальной инициативой, имеющей целью попытаться ограничить количество выбросов парниковых газов в атмосферу) сильно загрязняющим окружающую среду корпорациям.
Америка до сих пор имеет углеродную кредитную систему (разрешения, которые позволяют владельцу выделять одну тонну углекислого газа). К примеру, в Калифорнии, согласно существующей системе штата, кредиты доступны в основном хозяйствам, которые сами по себе являются крупными фермерами-загрязнителями, они устанавливают анаэробные автоклавы для захвата метана (один из трех основных парниковых газов).
Многие считают, что домашний скот на пастбищах является идеальной системой для улавливания углерода. Каждый раз, когда животное грызет травинки, корни, освобождается немного углерода в почве. Но противники этого метода утверждают, что животные выбрасывают больше углерода, так как они помогают секвестру, указывая на отрыжки и навоз жвачных животных в качестве одного из основных источников парниковых газов.
Эрик Тоэнсмаэр, автор The Carbon Farming Solution, считает: «Выпас — единственный путь, пока ставки [секвестра] являются одними из самых низких из всех углеродсодержащих методов ведения сельского хозяйства».
Тоэнсмаэр призывает владельцев ранчо рассмотреть вопрос о silvopasture — практике выпаса скота среди деревьев, растущих на достаточном расстоянии друг от друга, чтобы позволить солнечному свету попасть на поля в качестве компенсации углерода, высвобождаемого животными.
Департамент сельского хозяйства США помогает фермерам перейти к практике углерод-изолирующих методов со свободным веб-инструментом под названием COMET-Farm, которая, основываясь на введенных пользователем данных, позволяет экспериментировать с различными сценариями управления земельными ресурсами, чтобы увидеть, какой из них работает лучше всего. Ученый Адам Чэмберс говорит, что данные инструменты должны помочь фермерам монетизировать практики секвестрации, так как углеродный рынок развивается.
Пять постулатов секвестрации углерода
1. No-till
Не нужно смешивать почву с воздухом, из-за чего углерод окисляется обратно в атмосферу. Вместо этого стоит сосредоточиться на многолетних культурах, которые не требуют обработки почвы, или не использовать сеялку упрощенного посева для крупных ежегодных посадок.
2. Органическая мульча
Покрытие почвы вокруг мелких растений древесиной или мульчей из соломы, чтобы предотвратить потерю углерода.
3. Компост
Компост богат стабильной (нелегко окисляется) формой углерода. Приверженцы углеродного сельского хозяйства рекомендуют распыление его по поверхности почвы, можно распространять его прямо по траве на пастбище, а не пахать его.
4. Ротация скота
Концентрированные стада в небольших загонах на поле являются предпочтительным выбором, что позволяет животным непрерывно питаться на одной большой площади.
5. Покрытие растениями
Покровные быстрорастущие культуры, такие как клевер и вика, покрывают и обогащают почву углеродом, а также могут выращиваться вместе с товарными культурами в период вегетации, чтобы компенсировать углерод, который теряется, когда эти культуры собирают.
Источник
Качество почвы — агрономические технологии
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
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.
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.
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).
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.
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.
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.
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.
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.
Источник