Ресурсосберегающие системы обработки почв

Ресурсосберегающие системы обработки почвы

Ограниченность невозобновляемых природных ресурсов, возрастание их доли в себестоимости сельскохозяйственной продукции диктуют необходимость перехода на менее трудоемкие и ресурсосберегающие технологии возделывания сельскохозяйственных культур.

В последние два десятилетия сложились объективные условия для массового перехода на новые технологии, основанные на принципах ресурсосбережения. Главными предпосылками распространения таких технологий стали:

– новые подходы к формированию основных элементов систем земледелия на принципах природоохранного землепользования, ресурсосбережения и экологической безопасности;

– рыночные отношения, направленные на обеспечение максимальной окупаемости вкладываемых в производство средств интенсификации;

– успехи в разработке и освоении новых машин, орудий и комбинированных агрегатов, способных обеспечить ресурсосберегающие способы обработки почвы, посева и ухода за посевами.

Переход на минимальные, нулевые способы обработки почвы резко увеличивает производительность машин, снижает затраты труда, расход топлива и количество техники на полевые работы. Экспериментальная оценка технологических способов обработки почвы применительно к условиям Красноярского края выявила уменьшение затрат времени и расхода топлива при нулевой технологии (табл. 19). Планируемый уровень рентабельности в этом случае будет более высоким, чем при использовании традиционной обработки почвы.

Таблица 19 – Сравнительная оценка систем обработки почвы (Агропромышленный комплекс Красноярского края…, 2009)

В условиях Красноярского края использование традиционной обработки при возделывании зерновых культур обеспечивает простое воспроизводство основных средств производства (техники) при уровне рентабельности 36,8% и урожайности 17ц/га. При минимальной системе обработки почвы уровень простого воспроизводства достигается при урожайности 14ц/га. Применение нулевой системы обработки уменьшает затраты на 1га пашни, но значительно увеличивает себестоимость продукции из-за снижения урожайности. В условиях Красноярского края нулевая система обработки не может быть реализована в больших масштабах, прежде всего, по причине короткого вегетационного периода. Наиболее предпочтительны в этих условиях различные варианты минимальной обработки почвы, обеспечивающие самую низкую себестоимость зерна пшеницы (табл. 20).

Таблица 20 – Затраты на производство пшеницы и зернобобовых культур с использованием традиционной и ресурсосберегающих систем обработки почвы, руб/ц (Агропромышленный комплекс Красноярского края…, 2009)

Согласно прогнозам на ближайшую перспективу в Сибири на 50% площадей зерновые культуры будут возделываться по традиционной технологии, на других 50% – по ресурсосберегающей технологии на базе минимальной и нулевой обработки почвы [Власенко, Докин, 2011].

Все больше сельскохозяйственных предприятий переходят с традиционной системы обработки почвы на минимальную. Новые элементы технологии возделывания сельскохозяйственных культур в большей степени, чем традиционные, отвечают требованиям рынка и природоохранного земледелия. Упорядочение и сокращение технологических звеньев в сельскохозяйственных технологиях приводят к значительной экономии природных и энергетических ресурсов.

Контрольные вопросы

1. Цель и задачи механической обработки почвы.

2. Приемы обработки почвы.

4. Предпосылки развития ресурсосберегающих технологий в растениеводстве.

5. Перспективы развития ресурсосберегающих технологий в растениеводстве.

Источник

Внедрение ресурсосберегающих технологий в земледелии

Текст: А. Гостев, канд. с.-х. наук, зав. лабораторией систем земледелия, ФГБНУ ВНИИЗиЗПЭ

Большинство используемых в отечественном земледелии технологий обладает повышенной ресурсоэнергоемкостью. В условиях высоких цен на горюче-смазочные материалы, запчасти для сельхозтехники, удобрения и пестициды производителям необходимо переходить на ресурсосберегающие методы, позволяющие снизить уровень совокупных затрат и обеспечить высокое качество продукции.

Максимальная реализация почвенно-климатического потенциала местности, научно обоснованное использование минимальных обработок почвы, одновременное выполнение нескольких технологических операций, внесение подходящих доз минеральных удобрений, мелиорантов и средств защиты растений и прочие приемы позволяют сегодня добиться оптимального уровня ресурсосбережения. Современные аграрные технологии призваны сокращать затраты при производстве сельскохозяйственной продукции, сохраняя хорошие качественные показатели и почвенное плодородие.

Все внедряемые в хозяйствах ресурсосберегающие технологии должны отвечать определенным задачам. Основные из них: сохранение почвенного плодородия, снижение негативного воздействия на окружающую среду, продуктивное рациональное применение средств защиты растений, удобрений и мелиорантов, а также ведение научно обоснованных севооборотов и их биологизация. Не менее важно приобретение современных высокоурожайных сортов и гибридов интенсивного типа, внедрение ресурсосберегающих минимальных обработок почвы, снижение энергоемкости технологических приемов и уменьшение их количества за счет одновременного выполнения. Другие задачи: использование современной энергоэффективной и многофункциональной сельскохозяйственной техники, уменьшение расхода ГСМ и переход на альтернативные источники энергии, а также ввод ресурсосберегающих приемов при уборке, транспортировке и хранении выращенной продукции.

Сегодня в отечественном земледелии наблюдается чрезмерное использование зарубежных технологий без учета специфики местных условий. Частично это связано с отсутствием механизмов взаимодействия российской аграрной науки с сельскохозяйственным производством, активной пропагандой западных ценностей и массовой рекламой зарубежной аграрной техники, а также достижений селекции. Скорее, преимущество иностранных методик заключается в комплексном подходе к решению проблемы ресурсосбережения в агротехнологиях, нацеленном на эффективную работу каждого задействованного ресурса. В таком случае ресурсосберегающую технологию необходимо рассматривать как комплекс приемов, ведущих к снижению потребления ресурсов и повышению рентабельности производства продукции.

Основной целью внедрения ресурсосберегающих технологий должны быть не просто высокие уровни урожайности сельскохозяйственных культур, а устойчивые и более рентабельные показатели. Потому одним из важных условий эффективного использования имеющихся ресурсов является варьирование типов технологий возделывания. Как показывает практика, лучшие результаты обычно получают в передовых хозяйствах, где применяются интенсивные методики. Однако является ли подобный способ ведения земледелия ресурсосберегающим? Этот вопрос следует рассматривать с двух сторон: насколько возделывание культур по интенсивным технологиям более рентабельно, чем по базовым методикам, и отвечают ли инновационные технологии экологическим требованиям, так как иногда совершенно не ясны последствия их влияния на почву, растения, воду.

Согласно нашим исследованиям, при возделывании большинства зерновых культур следует использовать базовые стандартные технологии, ориентированные на пятидесятипроцентную реализацию биологического потенциала сортов, и вносить оптимальные дозы подкормок и средств защиты растений. Помимо этого необходимо применять методики экстенсивного типа на плодородных, малозасоренных почвах после удобренных пропашных культур.

Одним из основных факторов эффективного внедрения ресурсосберегающих технологий является применение научно обоснованных структуры посевных площадей и системы севооборотов. Как известно, возделываемые сельскохозяйственные культуры различаются как по биологическим особенностям, так и по требованиям к условиям произрастания. Например, наиболее пригодны для выращивания по ресурсосберегающим технологиям в Нечерноземье озимая рожь, озимая пшеница, яровой ячмень, овес, гречиха; в Центрально-Черноземном регионе — озимая рожь, озимая и яровая пшеница, яровой ячмень, овес, просо, гречиха, соя, люпин; в районах Поволжья и Южного Урала — озимые и яровые пшеница и ячмень, овес, соя. На территории Северного Кавказа хорошо возделываются озимые и яровые пшеница и ячмень, а в областях Западной и Восточной Сибири — озимая рожь и пшеница, яровые пшеница и ячмень.

Табл. 1. Примерная структура севооборотов для разных природно-климатических зон

Примерное соотношение культур в севообороте, %

Источник

Почвозащитное и ресурсосберегающее земледелие

Сельское хозяйство Восточной Европы и Центральной Азии является разнообразным по характеру и обладает огромным потенциалом для развития экономики стран региона посредством повышения урожайности и общей продуктивности продовольственных, кормовых и технических культур.

В этом плане, почвозащитное и ресурсосберегающее земледелие (ПРЗ) сможет выполнить масштабную задачу по устойчивой интенсификации производственных систем в регионе.

Для того чтобы фермеры смогли перейти к использованию подходящих систем устойчивого производства, очень важно обеспечить их соответствующей благоприятной средой, а также доступом к знаниям и услугам (включая консультирование, механизацию, исследование рынка и др.).

Полевые школы фермеров (ПШФ) наилучшим образом подходят для обмена опытом И знаниями о ПРЗ, для повышения технического и научного потенциала национальных партнеров, способствуя широкомасштабному внедрению и применению устойчивой и жизнеспособной системы сельскохозяйственного производства. ПШФ, имея развитую сеть по передаче знаний, навыков и практик путем вовлечения и обучения фасилитаторов, а также через их связь с местными фермерами, позволяют наиболее полно охватить все информационно—практические стороны по внедрению и распространению новых технологий. Однако для обеспечения единого подхода в передаче знаний всегда необходимо иметь под рукой детальное руководство, которое не только предоставит необходимую информацию, но и поможет в формировании подходов по ее дальнейшей передаче.

Фактически, большая часть имеющихся в регионе земель, либо малопригодна для сельскохозяйственного использования, либо занята населенными пунктами и инфраструктурой, либо используется для других целей, более важных для здорового функционирования экосистем, т.е. занята лесами, пастбищами, природоохранными объектами. Поэтому, основным путем увеличения производства сельскохозяйственной продукции является повышение урожайности культур, т.е. производства продукции с единицы площади.

В связи с этим, уже сейчас возникает острая необходимость в предоставлении фермерам ведущей роли в улучшении систем производства, которые получают выгоды от экосистемных услуг‚ а также способствуют созданию самовосстанавливающихся агроэкосистем.

Продовольственная и сельскохозяйственная организация (ФАО) ООН поддерживает такое вмешательство в природных ресурсов и управление ими, которое оказывает содействие созданию многофункциональных сельскохозяйственных ландшафтов, благодаря чему сообщества пользуются многочисленными экосистемными услугами и получают сопутствующие выгоды от этих ландшафтов.

Будучи системой, позволяющей избежать или минимизировать механическое нарушение почвенного слоя (нулевая обработка) в сочетании с диверсификацией системы земледелия и севооборотов, ПРЗ считается устойчивым агроэкологическим подходом к ведению ресурсосберегающего сельскохозяйственного производства.

В регионе разрабатываются, испытываются и внедряются системы ПРЗ, способные повысить продуктивность полей. Однако для фермеров переход к новой системе и способам хозяйствования сопрягается с потенциальным или реальным риском потерпеть неудачу. Осознавая это, данное пособие определяет два слагаемых успешного внедрения эффективных систем ПРЗ. Одно из них — создание многопрофильного научно—технического потенциала. Другое, наиболее важное— необходимость работать не с отдельными фермерами, а в тесном контакте с
труппой или сообществом фермеров, при этом развивая успех на базе имеющегося опыта и традиционных знаний.

Методы земледелия, включая ПРЗ, не представляют собой единую или унифицированную технологию, которую можно тотчас и где угодно, применить стандартным образом. Это скорее всего набор взаимосвязанных принципов, способствующих разработке локально применимых практик, подходов и методов. Благодаря своей гибкости и разнообразию, полевые школы фермеров обеспечивают идеальную среду для испытания, оценки, одобрения, внедрения и распространения принципов ПРЗ в особых местных условиях.

Основная роль фасилитаторов/тренеров полевых школ и сотрудников службы распространения сельскохозяйственных знаний заключается в том, чтобы внимательно выслушивать фермеров, ценить их опыт и никогда не торопиться преуменьшать значение их знаний и приоритетов. Им также следует изучить, каким образом технологии, выбранные самими фермерами, можно наилучшим образом адаптировать к местным потребностям, распространить информацию о них И/Или способствовать их продвижению.

Именно с этой точки зрения данное руководство разработано для развития потенциала по выявлению возможностей и испытания наиболее эффективных систем ПРЗ с целью их внедрения и распространения при помощи полевых школ фермеров или схожей системы распространения сельскохозяйственных знаний.

Потребность в переменах — почвозащитное и ресурсосберегающее земледелие

Деградация земель и снижение плодородия почвы — две основные причины застоя и снижения роста в сельскохозяйственном производстве региона. Риски, связанные с деградацией почвы, обычно недооценивают, поскольку оценку таких факторов, как загрязнение воздуха и воды в результате эрозии, проводят вне фермерских хозяйств, и это остается незамеченным фермерами. Маловероятно, что в таких условиях фермеры будут осведомлены о проблемах и предпримут какие—либо действия по их устранению.

Традиционно считается, что чистое поле приятно глазу, и фермер с аккуратно вспаханными полями — хороший фермер. Подготовка почвы включает несколько операций, в том числе вспашку, дискование и боронование. Все это проводится с целью подготовки почвы для посева семян и уничтожения прорастающих сорняков. Однако с точки зрения здоровья и функциональной деятельности почвы, сочетание отвальной вспашки с невозможностью эффективного использования питательных элементов и предотвращения их выноса урожаем растений и замедленным восстановлением биомассы в почве, в итоге приводит к прогрессирующему снижению плодородия и деградации природной структуры почвы (разрушение ее агрегатности). Такая деградация является следствием, как механического повреждения почвы (уплотнение и размельчение агрегатов), так и связанного с ним уменьшения содержания органического вещества и сокращения биоразнообразия.

Постоянное применение вспашки на одну и ту же глубину, и давление сельхозтехники на почву, приводят к уплотнению нижних слоев почвы и образованию «подплужной подошвы». В результате также нарушаются почвенные агрегаты и уменьшаются размеры почвенных пор, жизненно необходимых для функционирования почвы как эффективной среды для роста растений (для развития корневой системы, обеспеченности кислородом и перемещения почвенных вод).

Показатели проникновения влаги и ее удержания сильно снижаются наряду с одновременным резким увеличением поверхностного стока, потерей почв, питательных элементов и органического вещества. Утрата органической массы также замедляет химико—биологические процессы, столь необходимые для обеспечения почвы гуминовыми веществами, способствующими стабильности почвенных агрегатов и высвобождению питательных веществ, которые поглощают растения.

Негативное воздействие оказывается также на жизнедеятельность почвенной биоты: наиболее заметно уменьшаются популяции земляных червей, обладающих способностью разрыхлять почву и перемещать органическое вещество в более глубокие слои. Все это, в свою очередь, способно привести к росту производственных затрат и снижению прибыли широко распространенной сельскохозяйственной практики.

В настоящее время имеются альтернативы пахотной обработки почвы. Наиболее рентабельная стратегия управления агроэкосистемами для сохранения и повышения степени устойчивости сельского хозяйства — это в первую очередь сохранение почвы. Также важно сохранение И повышение плодородия почвы посредством применения совершенной агротехники, которая не приводит к уменьшению содержания органического вещества И биологической активности в почве. При этом сокращаются потери почвы и выращиваются экономически выгодный урожай и побочная биомасса.

Практика ведения устойчивого сельского хозяйства, как и наиболее стабильные природные экосистемы, основывается на постоянной И полной защите почвы посредством поддержания видового разнообразия:

1. На поверхности почвы должен оставаться защитный слой растительности (мульча или покровные культуры).

2. Механическое нарушение почвы должно быть доведено до минимума, исключая только процессы, связанные с посевом и внесением удобрений.

3. Хорошо спланированный и с экономической точки зрения эффективный севооборот гарантирует увеличение органического вещества, как на поверхности, так и в верхнем слое почвы. Это также, обеспечивает поверхностную защиту и благоприятствует развитию жизни в почве и тем самым поддерживает и улучшает структуру почвы, снижает темпы эрозии и испарения влаги, увеличивает водоудерживающую способность почвы и повышает доступность питательных элементов для растений.

Поддержание почвы в состоянии, необходимом для активного функционирования всей системы «почва-растение—вода-питательные вещества» — основной фактор улучшения способности самовосстановления почвенной биоты, устойчивого сохранения продуктивного потенциала земель и обеспечения возможности безопасной интенсификации землепользования.

Проблемы, связанные с обеспечением устойчивой интенсификации растениеводства в Восточной Европе и Центральной Азии, перечислены во Вставке1.

Здоровые почвы и устойчивое сельское хозяйство

Здоровье почвы — это способность почвы определенного типа функционировать в рамках природной или регулируемой экосистемы, способствуя сохранению продуктивности растений и животных, регулированию круговорота питательных
элементов, воды, углерода, газообразных веществ, а также поддержанию здоровья человека и его местообитания.

Продуктивность почвы зависит от ее физических, химических, гидрологических и биологических свойств, которые и рассматриваются в данном разделе. Эти свойства тесно связаны с биоразнообразием почвы (Вставка 4). Почвенные организмы механически (посредством размельчения) И химически (посредством минерализации) разлагают органическое вещество, И оно становится доступным для их питания Вставка 3. Все избыточные питательные вещества попадают в почву и потребляются растениями; не усваиваемая (рекальцитрантная) фракция органического вещества преобразуется в почвенное органическое вещество (ПОВ), менее разлагаемое, чем исходный растительный и животный материал(Вставка 2). В свою очередь, ПОВ состоит из особенно более стабильного по составу гумуса, повышает способность
почвы удерживать воду, а также хранить (запасать) углерод из атмосферы.

Почему так важно сохранять здоровье почвы?

Широко известно, что деградация почвы приносит вред, но мало кто осознает какова степень отрицательного воздействия этого процесса. Польза от здоровой почвы легко остается незамеченной, зато вполне очевидно, во что обходится «нездоровье почвы». В фермерских хозяйствах почвенная эрозия приводит к увеличению расхода удобрений и уменьшению урожайности. Эрозия уничтожает естественный пахотный слой почвы, что сопровождается сокращением органического вещества, а вспашка вызывает перемешивание подпочвенного слоя с верхним слоем почвы. Подпочвенный слой зрелой почвы менее богат органическим веществом И менее плодороден.

Из—за потери почвенного органического вещества (ПОВ) и биоразнообразия, повышенной уплотненности и высоких темпов эрозии детрадированные почвы подвергаются большему риску в случае негативного воздействия климатических изменений. Более того, деградация земель сама по себе является одной из основных причин изменения климата. В таблице 1 показаны основные принципы, приспособления почв к изменению климата и смягчение его последствий.

Здоровая почва имеет достаточную глубину для нормального развития в ней корневой системы растений, содержит комки и агрегаты различного размера, чрезмерно не уплотнена и не теряет проницаемость для дождевой воды.

Она живая, не слишком кислая и не слишком щелочная, с высоким содержанием органического вещества.

В данном разделе приведены наиболее существенные индикаторы здоровья почвы.

Текстура, структура и водоудерживающая способность почвы

Запас воды в почвах зависит от многих факторов, в частности от количества осадков, глубины плодородного слоя, текстуры (гранулометрического или механического состава) и структуры почвы. Текстура почвы определяется относительным соотношением минеральных частиц разного размера (песка, ила и глины), определяющим водоудерживающую способность почвы И ее способность обеспечивать удержание и обмен питательных веществ. Структура почвы определяется расположением вышеуказанных частиц в агрегатах. В отличие от текстуры, структуру почвы можно изменить применением правильной агротехники.

Почвы различного типа и текстуры обеспечивают неоднородную степень водопроницаемости и защиты ПОУ. В почвенном агрегате стабильные формы ПОУ, например, гумус, могут содержать воду, до 7 раз превосходящую по весу их собственный вес. Следовательно, почва с рыхлой структурой, легко распадающейся на отдельные частицы И комья, впитывает воду быстрее, чем уплотненная почва. Песчаные почвы наименее продуктивны, ввиду наибольшей водопроницаемости из—за более крупных размеров частиц песка И пор И, как следствие этого, низкой влагоемкости и степени защищенности ПОУ по сравнению с почвами, обладающими большей долей ила и глины, способными впитывать и удерживать воду и питательные вещества.

Управление почвой может влиять на инфильтрацию воды, способность почвы снижать испаряемость воды с поверхности почвы и сохранять воду в почвенном разрезе.

• Продуктивность песчаных почв можно обеспечить даже в условиях жаркого сухого климата, добавляя органическое вещество, а при наличии систем орошения, обеспечивая снабжение их питательными элементами при капельном поливе.
• Управление надпочвенным растительным покровом может очень существенно повлиять на состояние поверхностного слоя почвы, содержание ПОВ, структуру почвы, ее пористость, аэрацию и объемную плотность, тем самым оказывая воздействие на темпы инфильтрации, водоудерживающую способность почвы и доступность воды для растений.
• Улучшение ситуации с уплотнением почвы повысит эффективность использования влаги осадков и продуктивность, а также снизит темпы эрозии‚ дисперсию почвенных частиц и опасность заболачивания. Уплотненные почвы или почвы с уплотненным подпочвенным слоем легко заболачиваются, а затем быстро пересыхают.

Объемная плотность почвы

Объемная плотность — это измеренная масса частиц в каком—либо объеме почвы. Если объемная плотность повышается, то ее пористость снижается.

Низкая объемная плотность наиболее предпочтительна для растений. Оптимальная объемная плотность, позволяющая воде, воздуху и корням перемещаться в почве, зависит от текстуры почвы. В таблице 2 показаны значения идеальной и «неудовлетворительной плотности» различных типов почвы.

Повышенная объемная плотность не всегда означает, что почва сильнее уплотнена. Для эффективного функционирования почвы важны ее структура, пористость и агрегатная стабильность, влияющие на интенсивность инфильтрации‚ способность удерживать воду и питательные вещества, промывание почвы и ее дренаж, аэрацию и несущую способность. Продолжительная вспашка не только способна снизить объемную плотность почвы, но и разрушительно воздействует на ее функциональность. ПРЗ в начальных стадиях внедрения может привести к повышению плотности преимущественно в верхнем слое (5 см)почвы. Однако при этом одновременно улучшает все ее функции, связанные со здоровьем почвы и ее сельскохозяйственной продуктивностью.

Глубина почвенного слоя

Поля с более глубоким почвенным слоем (мощная почва) способны удерживать больше воды, чем с менее глубоким слоем, т.к. в первых больше пор и места для накопления воды. Мощная почва с хорошей структурой способна насыщаться водой на более долгий срок.

Уплотненный подпочвенный слой превращает мощную почву в маломощную, поэтому этот слой нужно разрушать.

Если почва маломощная, рекомендуется привезти почву из других мест, вносить органические удобрения и возделывать сидераты.В орошаемых системах земледелия, гребневой способ возделывания культур позволяет создать больше пространства для роста корней в почве.

Показатель реакции почвы (водородный показатель — рН почвы)

Водородный показатель характеризует концентрацию свободных ионов водорода в воде. Для удобства отображения был введен специальный показатель, названный рН и представляющий собой логарифм концентрации ионов водорода. Величина рН определяется количественным соотношением в воде ионов Н+ и ОН-, образующихся при диссоциации воды. Если в воде пониженное содержание свободных ионов водорода (рН>7)по сравнению с ионами ОН—‚ то вода будет иметь щелочную реакцию, а при повышенном содержании ионов Н+ (рН 7 их активность сильно подавляется.

В практике сельского хозяйства известны мелиоративные мероприятия по улучшению химического и физического состояния почв, такие как гипсование щелочных и известкование кислых почв.

Органическое вещество и органический углерод в почве

Почвенное органическое вещество (ПОВ) заслуживает особого упоминания, поскольку считается наиболее важным индикатором качества почвы.
ПОВ – это органический компонент почвы, состоящий из тканей мертвых растений и животных в разной степени разложения. ПОВ не включает свежие и неразложившиеся ткани растений, лежащие на поверхности почвы. В первую очередь, ПОВ содержит почвенный органический углерод (ПОУ), а также питательные макро- и микроэлементы, жизненно важные для роста растений, и некоторое количество неорганического углерода.

ПОУ влияет на общую биологическую устойчивость агроэкосистем. Он важен для обеспечения физических свойств почвы (агрегации почвы и ее влагоемкости), химического аспекта плодородия (доступность питательных элементов), а также в качестве поглотителя атмосферного углерода. ПОУ улучшает структуру почвы посредством связывания частиц в устойчивые агломераты, а также улучшает такие физические свойства почвы, как водоудерживающая способность, водопроницаемость и аэрация, обеспечивающие благоприятные условия для здоровья и продуктивности растений.

Другими словами, ПОУ обеспечивает водоудерживающую способность почвы, ее структуру и плодородие. Часть биомассы, возвращающейся в почву в результате процесса разложения, преобразуется в углеродные соединения с долгим периодом сохранения (например, гумус и связанные с ним органоминеральные комплексы). Эта фракция подвержена изменениям в зависимости от количества и качества биомассы, и она выше в экосистемах с более богатым биоразнообразием. Во Вставке 2 перечислены почвенные источники углерода. В большинстве почв, новые и неустойчивые макроагрегаты, которые формируются в результате биологических процессов, обеспечивают физическую защиту углерода и азота, однако они требуют дальнейшей стабилизации, чтобы привести к долгосрочному накоплению углерода. В процессе стабилизации углерода первые микроагрегаты формируются в неустойчивых макроагрегатах. Далее макроагрегаты распадаются с высвобождением микроагрегатов.

На процесс стабилизации агрегатов (Вставка 3) влияют климатические факторы (например, смена влажных и засушливых сезонов), биологические факторы (старение и рост корней, которые оказывают давление, извлекают воду и производят выделения, играющие роль, как связывающего почвенные агрегаты вещества, так и субстрата для дальнейшей микробной деятельности). Механическое повреждение структуры почвы (например, при вспашке) особенно пагубно влияет для накопления ПОВ, поскольку вызывает нарушение этих важных биологических процессов.

Существует тесная связь между органическим веществом (например, остатками растений), накоплением ПОВ на поверхности, последующей вертикальной стратификацией ПОУ, инфильтрацией воды, устойчивостью к эрозии, сохранением воды и питательных веществ в почве. Таким образом, если на поверхности почвы остается недостаточное количество остатков растений (т.е. поступление органических веществ незначительно) (Вставка 6), то это препятствует стабилизации ПОУ, а другие факторы или поступления не могут это компенсировать.

Главная рекомендация на основании вышесказанного – органическое вещество должно откладываться на поверхности почвы. Перемешивание органических остатков с почвой провоцирует процесс быстрой деградации стабильного ПОУ, чего следует избегать.

Органическое и живое вещество почвы

Мириады организмов, объединенные в почве в пищевую сеть, разлагают ПОВ и высвобождают питательные элементы, необходимые для роста растений. Многие из этих питающих растения веществ находятся в почве в виде положительно заряженных ионов (т.е. катионов). Поверхности негативно заряженных частиц глины и ПОВ притягивают катионы и таким образом обеспечивают запас питательных веществ, доступный корням растений. Лишь малый процент основных питательных веществ остается на «свободе» в почвенной влаге и вследствие этого непосредственно доступен растениям. Многие питательные вещества растения получают из почвы за счет катионного обмена, в процессе которого корневые волоски обменивают ионы водорода (H+) на катионы, адсорбированные частицами почвы. У глинистых почв более высокая способность катионного обмена и, благодаря структуре, более высокий потенциал плодородия, чем у илистых почв и тем более песчаных.

Как определить состояние почвы?

Системы устойчивого сельского хозяйства должны сохранять все комплексные биологические связи и взаимодействие между корнями и почвенной пищевой сетью (грибами, микрофлорой, микро- и макрофауной в почве).

Обработка почвы нарушает происходящие в ней жизненные процессы: почвенные организмы неожиданно оказываются подвержены действию солнца, жары и засухи. Вследствие этого обработка почвы уменьшает биоразнообразие в почве, причем от этого больше страдают более высокие формы жизни, чем, например, бактерии. К тому же, вспашка плугом (обычным с лемехом или дисковым) на одну и ту же глубину, а также прохождение сельскохозяйственной техники по полю являются первостепенными причинами образования плотного подпочвенного слоя или уплотненных слоев («подплужной подошвы»).

В качестве оперативной (более быстрой, чем обычное измерение таких физических параметров почвы, как определение объемной плотности при помощи дисков или, плотномера/пенетрометра), доступной для фермера методики оценки морфологического состояния почвы в поле используйте методику визуальной оценки почвы (Вставка 5), включающую набор критических измерений, связанных с деградацией земель в мире. Несмотря на простоту использования, данная методика имеет мощную научную основу.

Она основана на визуальной оценке основных индикаторов состояния почвы и поведения растений для определения качества почвы в оценочной таблице. За исключением текстуры почвы, остальные индикаторы состояния почвы являются динамическими, т.е. способными изменяться под воздействием различных режимов земледелия и стрессов в результате землепользования. Благодаря своей чувствительности к изменениям, эти показатели полезны в качестве индикаторов раннего оповещения об изменениях в состоянии почвы и могут использоваться как эффективные средства мониторинга.

Меры по улучшению здоровья почвы более детально обсуждаются в Разделе 3.1.

Цели обработки почвы и землепользования для обеспечения устойчивого сельского хозяйства

Почвенные и водные особенности Восточной Европы и Центральной Азии неизменно включают:

• дефицит воды (на орошаемых системах);
• засуху (в богарных системах);
• деградацию почвы.

При эрозии происходит утрата частиц почвы, а с ними уносятся и организмы, минеральные удобрения, питательные вещества. Когда почва подвержена воздействию погодных условий, она окисляется и теряет ПОУ через минерализацию. Обработка почвы – главная причина потерь почвы и ПОУ. При отсутствии углерода и жизненно необходимых почвенных организмов почва становится просто бесполезным субстратом, не подходящим для выращивания растений.

К тому же, обработка почвы обычно изменяет ее профиль. Вспашка перемешивает почву с остатками растений в поверхностном слое, измельчает агрегаты, уменьшает проницаемость почвы и увеличивает образование корки на ее поверхности, уплотняет почву непосредственно под пахотным орудием и ведет к снижению численности таких почвенных организмов, как дождевые черви (особенно тех, что ведут ночной образ жизни и делают глубокие проходы в подпочвенном слое).

Два главных пути поддержания здоровья почвы включают:

1. обеспечение плодородия почвы
2. защита почвы от эрозии и испарения влаги с ее поверхности, представляют собой основу охраны почвенных ресурсов. Для этого требуются производственные системы, которые не истощают ресурсы. Восстановительные сельскохозяйственные мероприятия способны повысить плодородие и продуктивность почвы, а также ее устойчивость к затоплению и засухе.

Восстановительные мероприятия включают:

• постепенное сведение механического нарушения почвы к минимуму;
• использование интенсивных севооборотов, включающих разнообразные виды культур, для сохранения наличия живых корней и обеспечения питанием почвенных организмов, ответственных за функциональные процессы (в частности, разложение органических соединений и циркуляцию питательных веществ);
• круглогодичное выращивание культур или укрытие почвы другой органической массой.

При этом необходимо обеспечение равномерного укрытия почвы (равномерное распределение растительных остатков) для ее защиты от жары, осадков и воздействия ветра.

Такой подход способствует восстановлению и улучшению почвы и препятствует ее утрате от эрозии.

Обычно, защищенная поверхностным слоем органического вещества почва лучше впитывает и использует осадки, поскольку повышаются ее возможности в плане поглощения и инфильтрации воды, а также снижается испарение с поверхности почвы. Это приводит к уменьшению поверхностного стока, почвенной эрозии и увеличению влажности почвы в течение всего вегетационного периода в отличие от нарушенных почв, оставленных без защиты.

Причина заключается в трех независимых процессах:

1. ПОВ играет главную роль в поглощении воды в случае низкого потенциала влагоемкости почвы.
2. Защита почвы при помощи органического вещества и наличие большего количества крупных водостойких почвенных агрегатов усиливает сопротивление водной и ветровой эрозии.
3. Скорость инфильтрации воды зависит от исходного содержания влаги и от пористости почвы. На степень пористости оказывает влияние наличие каналов, проделанных корнями, мезо- и макрофауной.

В то же время агроэкосистемы с высоким уровнем биоразнообразия (благодаря повышенной комплексности севооборота) способствуют накоплению углерода. Корни играют ключевую роль в почвенной экосистеме, обеспечивая субстрат энергией для биоты в разных слоях почвы и таким образом увеличивая биоразнообразие (как численность, так и разновидность почвенных организмов).

Глубоко проникающие корневые системы отлично приспособлены для переноса углерода вглубь почвы, где он менее подвержен окислению. Разложение старых корневых систем увеличивает содержание органического вещества в толще почвы, а живые корни производят выделения и, как это особенно наглядно демонстрируют бобовые культуры, полезные микоризные ассоциации, способствующие увеличению микробной популяции в ризосфере, а также укреплению вяжущей способности в агрегатах.

Корневые грибы, известные также как микоризные грибы – важные почвенные организмы, поддерживающие ход почвенных циклов, которые управляют процессами взаимообмена между растениями и почвой. Растения с микоризными грибами способны запасать в почве до 15% больше углерода.

У наиболее широко распространенных микоризных грибов наблюдаются нитеобразные волокна, называемые гифы, которые увеличивают доступную растениям площадь и возможность получения питательных веществ и воды. Гифы покрыты гломалином – клейкой субстанцией, играющей роль в формировании структуры и запасании углерода.

Накопление ПОУ – обратимый процесс, даже после одной вспашки накопленный почвенный углерод и результаты многих лет восстановления почвы могут быть утрачены. И, наоборот, в почве, не подвергающейся обработке на протяжении многих лет, минерализация ПОВ в поверхностных слоях почвы снижена, и это приводит к увеличению доли активных фракций ПОВ.

Почвозащитное и ресурсосебергаующее земледелие

Что такое почвозащитное и ресурсосберегающее земледелие (ПРЗ)?

Почвозащитное и ресурсосберегающее земледелие (ПРЗ) – это почвозащитная и ресурсосберегающая система сельскохозяйственного производства, нацеленная на достижение интенсификации производства и получение конкурентоспособных урожаев через развитие природной ресурсной базы. Это достигается путем применения трех взаимосвязанных принципов, реализуемых наряду с применением адаптированных к местным условиям приемов, а также использования других полезных методов производства, в том числе связанных с управлением питательными веществами, водой и вредителями.

Тремя принципами ПРЗ являются:

1. Сокращение обработки почвы. Постепенное сведение к минимуму механического повреждения структуры почвы и применение прямого посева (т.е. нулевая технология посева);
2. Сохранение растительных остатков (мульчирование) и покрова на поверхности почвы. Обеспечение постоянного органического покрова почвы при помощи растительных остатков и/или посева покровных культур, в зависимости от имеющихся запасов влаги;
3. Использование севооборотов. Состав культур, включенных в севообороты должен быть разнообразным (диверсифицированный севооборот).

Какие цели и задачи решает ПРЗ?

Ниже описаны основные цели трех вышеупомянутых принципов ПРЗ:

1. Предотвращение процессов деградации и эрозии почвы, создание действенного цикла мелиорации почв и земель, восстановление агроэкологического потенциала продуктивности земли и получаемых посредством почвы экосистемных услуг.
2. Увеличение формирования надземной и подземной биомассы с целью защиты почвы:

• физическая защита почвы от погодных условий (дождевых капель, сильного ветра и солнечного излучения) уменьшает эрозию почвы и потери питательных веществ (увеличивая тем самым продуктивность почвы), сокращает испарение воды, температурные изменения, закупоривание поверхности почвы и образование корки;
• в системе с нулевой обработкой почвы покровные культуры служат источником питания и местом обитания для почвенных организмов;
  благодаря своим притягивающим свойствам такие органические материалы, как отходы бактерий, органические гели, гифы грибов, выделения и отработки червей, способствуют формированию почвенных агрегатов и их стабильности, а также повышают возможность внутрипочвенных перемещений.
• при разрушении агрегатов микроорганизмы (в основном, бактерии и грибы) начинают поглощать самый молодой источник углерода; при этом происходит утрата основных (т.е. временных и переходных) связующих веществ, что вызывает рассыпание почвы. Когда разрушаются макропоры, оставшийся трудноразлагаемый углерод образует связи с катионами в почве и таким образом создает силы сцепления, вызывающие уплотнение почвы.

3. Обеспечение сбалансированного соотношения C/N посредством ротации зерновых (с высоким содержанием углерода) и бобовых (богатых азотом). Это означает, что система возделывания должна обеспечивать достаточное количество азота наряду со структурными углеводами (например, лигнином) для того, чтобы азот из разлагающихся на поверхности почвы остатков постепенно высвобождался и служил источником для следующей выращиваемой культуры (Вставка 8).

• Высокая концентрация одних только медленно разлагающихся остатков культур вызывает временную иммобилизацию почвенного азота. С другой стороны, остатки, представленные исключительно растениями с низким соотношением углерода и азота (C/N) (например, бобовых культур), повышают доступность азота, но разлагаются слишком быстро, чтобы гарантировать необходимую защиту почвы.

4. Поддержка активности «почвенной биологической инфраструктуры». В системах ПРЗ интенсивные севообороты настоятельно необходимы, чтобы обеспечивать значительное количество разнообразного органического вещества (т.е. питательных веществ, а вследствие этого – субстрата, богатого углеводами и азотом) для поддержания активности почвенной биоты, повышения разнообразия их родового и видового состава, а также усиления их функциональной деятельности.

5. Борьба с сорняками, вредителями и болезнями. Диверсифицированный севооборот взаимодополняющих растений – это важная фитосанитарная стратегия.

6. Экономическая устойчивость. Экономия энергии (топлива и труда), а также финансов (уменьшение износа) приводит к снижению производственных затрат. Такая эффективность проявляется уже в первый год, в то время как все остальные методы использования почвы начинают влиять на доходы фермеров лишь спустя некоторое время. Диверсификация культур в севообороте – это дополнительное условие, рекомендованное для обеспечения экономической стабильности и устойчивости производства.

7. Питательные вещества почвы. Цикл накопления – минерализации органического вещества – это функциональный двигатель ПРЗ, поскольку он помогает восстанавливать и поддерживать плодородие почвы и уменьшать ее эрозию.

8. Почвенная влага. Тяжелые дождевые капли разбивают почвенные агрегаты на поверхности, и мелкие частицы закупоривают поры, не давая воде впитываться в почву. Защищенная поверхностным слоем органического вещества почва лучше улавливает и использует воду благодаря тому, что впитывание воды и ее инфильтрация повышаются, а испаряемость с поверхности почвы снижается.

9. Побочные воздействия. Очень важно снижать количество осадочного материала в поверхностных водах, особенно в регионах, характеризующихся крутыми склонами и интенсивными осадками. Следует отметить, что формирование почвенных агрегатов и структуры требует много времени, однако достаточно всего одной вспашки, чтобы их разрушить. Поэтому очень важно, чтобы применение ПРЗ носило долгосрочный характер.

Ограничения и решения, касающиеся внедрения и применения ПРЗ

Изучение состояния ПРЗ в Восточной Европе и Центральной Азии позволило определить ряд вызовов в плане применения ПРЗ во всем регионе, среди которых:

• неспособность фермеров выбрать наиболее подходящие варианты диверсифицированного севооборота;
• дефицит приемлемой техники и полевого оборудования;
• нехватка знаний о системах ПРЗ у сотрудников служб распространения сельскохозяйственных знаний и технического персонала, а также на уровнях принятия решений.

Когда обработка почвы является глубоко укоренившейся частью традиционной культуры земледелия, недостаток знаний о системах ПРЗ и управлении ими приводит к тому, что возделывание культур без вспашки становится для фермеров серьезной проблемой. ПРЗ – это намного больше, чем просто посев по дернине, и сложнее для реализации, чем обработка почвы.

Большинство фермеров способны механическим способом внести в почву удобрения, закопать семена сорняков и на один сезон воссоздать временную структуру почвы в виде неустойчивой среды, позволяющей вырастить культуру. Методика нулевой обработки требует другого подхода к агротехнике. Среди фермеров мало таких, которые знают, как организовать севооборот, нацеленный на производство необходимой биомассы посредством последовательной смены культур, обеспечить почву питательными веществами, своевременно уменьшить рост сорняков, снизить динамику появления вредителей и вырастить конкурентоспособный урожай.

Для правильного расчета севооборота фермеры должны знать, как эффективно включить в севооборот покровные культуры. Кроме того, требуется опыт в плане выбора правильной техники (особенно сеялок для прямого посева) для специфических условий конкретного хозяйства.
Особым случаем ПРЗ, требующим дополнительных технических приемов и управления, является сочетание в одном хозяйстве животноводства и растениеводства;

Производство недостаточного объема биомассы в полузасушливых районах из-за малого количества осадков, краткости вегетационного периода и конкуренции за использование растительных остатков выращенных культур (в основном, на корм скоту). Оставление полей «голыми» в конце сухого сезона вызывает деградацию почвы и приводит к снижению урожайности.

Вышеописанные ситуации следует рассматривать как возможности, призванные изменить подход в ведение хозяйствования, применяя более устойчивые системы, чем те, которые основаны на обработке почвы, а также как возможности, которые можно использовать для решения целого ряда задач по охраны окружающей среды.

Успешное внедрение системы ПРЗ невозможно без тщательного предварительного планирования (как минимум, за год). При этом фермерам требуется накопить достаточно знаний, чтобы обрести уверенность в том, что все аспекты новой системы производства учтены.

В данном разделе даны важные практические рекомендации, а также говорится о роли политики.

С чего начать внедрение ПРЗ?

Обследование почвы и ее анализ для определения содержания питательных веществ, pH и ситуации со стоком вод. Поскольку ПРЗ зависит от жизненных процессов в почве, то почвы следует довести до состояния, обеспечивающего развитие такой жизни. Прежде чем переходить к ПРЗ, в почве необходимо устранить лимитирующие факторы физического и химического плана. Особенно это относится к деградированным и истощенным почвам, которые требуют вложения определенных средств в мелиоративные мероприятия по восстановлению почв.

В случае дефицита питательных веществ следует использовать остатки покровных культур и минеральные удобрения.

Если почва кислая (pH http://www.pic.int/Implementation/Pesticides

Поставка пестицидов из ФАО
12. ФАО предъявляет следующие требования ко всем пестицидам, поставляемым непосредственно из ФАО, а также к пестицидам других поставщиков, которые используются в рамках проектов ФАО:
а. Продукция должна пройти всестороннюю оценку рисков, что позволит принять адекватные меры к снижению рисков для здоровья и окружающей среды до приемлемых уровней.
б. Объемы поставок должны основываться на тщательной оценке фактических потребностей. Пестициды не должны поставляться как фиксированные компоненты пакета вложений в проекты, в рамках кредитных схем или в качестве помощи в чрезвычайных ситуациях.
в. Пестициды должны быть упакованы и маркированы в соответствии со стандартами ФАО. Маркировка должна быть на языке страны использования. Оставшаяся срок хранения должен быть достаточным, чтобы дать возможность использовать все пестициды до его истечения в период действия проекта (т. е. по завершении проекта не должно остаться никаких пестицидов с истекшим сроком действия).
г. Следует использовать надлежащее оборудование для внесения препарата5 и ндивидуальное защитное снаряжение, обеспечивающее адекватную защиту от тех пестицидов, которые предполагается применять. Если всего этого нет в наличии, оно должно предоставляться в рамках проекта.
д. Пользователи пестицидов должны получить соответствующую подготовку, что обеспечит им возможность правильно и ответственно обращаться с поставляемыми пестицидами.
е. Для всех поставок пестицидов следует обеспечить надлежащие условия их хранения в соответствии с методическими указаниями ФАО.
ж. Пустые контейнеры из-под пестицидов необходимо трижды промыть, проколоть и утилизировать экологически надежным способом в соответствии с методическими указаниями ФАО.6
13. Если пестициды закупают для обработки семян (в процессе хранения или перед посевом), следует соблюдать следующие дополнительные условия:
а. Протравливание семян необходимо производить в специально оборудованном помещении, обеспечивающем надежную изоляцию пестицидов.
б. Работающих с оборудованием для протравливания семян следует обеспечить надлежащим оборудованием для этих целей и проинструктировать в отношении калибровки, эксплуатации и чистки такого оборудования.
в. Протравленные семена необходимо покрасить в непривычный цвет резких тонов, чтобы воспрепятствовать употреблению их в пищу.
г. Все пакеты с протравленными семенами должны быть четко маркированы фразой «Употреблять в пищу и на корм запрещается» и изображением черепа с перекрещенными костями, обозначающего яд.
д. Распределение или использование в поле таких протравленных семян должно сопровождаться информацией о том, что семена обработаны пестицидами, которые могут оказать токсическое воздействие на здоровье пользователей и других людей, а также на окружающую среду. Пользователей следует проинструктировать в отношении необходимости работы в перчатках, респираторах и одежде, полностью закрывающей тело. Если перчаток и респираторов в наличии нет, их следует обеспечить.
е. Упаковку из-под протравленных семян нельзя использовать повторно ни для каких целей.
Утилизация
14. Проекты по утилизации пестицидов с истекшим сроком использования, протравленной пестицидами почвы и протравленных материалов должны осуществляться в соответствии с методическими указаниями, содержащимися в Пособии ФАО по экологическому контролю просроченных пестицидов.7
15. Такие утилизационные проекты снижают риск путем устранения проблем с уничтожением опасных отходов, однако одновременно создают факторы риска в процессе работы с опасными отходами и их перемещения. Такая деятельность должна сопровождаться соответствующими мерами, предусмотренными в Пособии, такими как оценка, контроль и снижение уровня риска.

Ответственность
16. Во всех случаях, когда поставку пестицидов осуществляет ФАО, следует заранее установить, какое учреждение и какой именно сотрудник (сотрудники) данного учреждения, будет выполнять обязанности по правильному хранению, транспортировке, распределению и использованию такой продукции и нести за это ответственность в соответствии с требованиями стандарта E&SS5.
17. Поставки пестицидов из ФАО проходят процедуру получения внутренних разрешений, как предусмотрено Руководством к стандарту ESS. То же самое относится и к содержанию Планов защиты растений.

ГЛОССАРИЙ

Аллелопатия Это форма естественной конкуренции растений в природе через процесс влияния растений друг на друга с помощью выделяемых ими физиологически активных химических веществ.
Водостойкие агрегаты Агрегаты, способные выдержать высушивание на воздухе и быстрое погружение в воду перед просеиванием.

Гипсование почв
Применяемое в сельскохозяйственных целях внесение в почву гипса. Эта процедура позволяет удалить из почвы избыток обменного натрия, отрицательно влияющего в первую очередь на физические свойства почвы. Гипсование является одним из способов химической мелиорации солонцов и солонцеватых почв.
В результате гипсования натрий, растворённый в почве, замещается кальцием. В итоге улучшаются физические, физико-химические и биологические свойства почвы, что благоприятно сказывается на её плодородии.

Известкование почв
Метод химической мелиорации кислых почв, заключающийся во внесении в них известковых удобрений: кальцита, доломита, известняка, отходов сахарного производства, гашёной извести и т. д. Эффект известкования основан на замещении в почвенно-поглощающем комплексе ионов водорода и алюминия на содержащиеся в удобрении кальций или магний. Соли натрия для известкования непригодны, так как в результате ухудшаются физические свойства почвы. Также непригодны кальциевые соли сильных кислот, например гипс, которые напротив приводят к подкислению почвы.

Интенсивный севооборот
Севооборот, характеризующийся большой плотностью в пространстве и времени видов, производящих растительные остатки в больших количествах и обеспечивающих постоянное укрытие поверхности почвы для устранения разницы между влажным и засушливым периодами.
Микориза Симбиоз гриба и корней сосудистого растения. В мутуалистических ассоциациях гриб образует колонии на корнях растения-хозяина, чтобы иметь сравнительно постоянный и непосредственный доступ к углеводам. В свою очередь, растение получает преимущество от того, что мицелий обладает повышенной способностью поглощать воду и минеральные питательные вещества.

Способность катионного обмена
Участки, где происходит обмен в почве – это отрицательно заряженные участки на частицах глины, которые притягивают и удерживают катионы элементов. Это позволяет оценить запасы питательных веществ в почве, измеряемые в миллиэквивалентах на 100 г почвы (м эк/100 г), т.е. миллиэквивалентов катионов, адсорбированных ста граммами высушенной в печи почвы.

Разнос пестицида при опрыскивании
Разнос (дрифт) мелких частиц (капель) пестициды ветром на цецелевые объекты при опрыскивании.

Процентная насыщенность основаниями
Количество основных катионов в почвенных центрах обмена по отношению к общему количеству центров. При 100% насыщенности основаниями наивысшее значение pH приближается к 7,6. Поэтому благоприятная насыщенность основаниями достигается, если pH почвы поддерживается на уровне, близком к нейтральному.

Источник