Здоровье почвы определяют показатели

Здоровье почвы — Soil health

Здоровье почвы — это состояние почвы, выполняющей ряд функций экосистемы, соответствующих окружающей среде. Говоря более простым языком, здоровье почвы является результатом благоприятного взаимодействия всех компонентов почвы (живых и неживых), которые принадлежат друг другу, как, например, микробиота, растения и животные. Возможно, что почва может быть здоровой с точки зрения функционирования экосистемы, но не обязательно напрямую служить для растениеводства или питания человека, отсюда и ведутся научные дискуссии о сроках и измерениях.

Тестирование здоровья почвы проводится как оценка этого статуса, но по очевидным причинам, как правило, ограничивается в основном агрономическими целями. Здоровье почвы зависит от биоразнообразия почвы (с устойчивой почвенной биотой ), и его можно улучшить за счет управления почвами , особенно за счет ухода за защитным живым покровом на почве и за счет естественных (содержащих углерод) почвенных поправок. Неорганические удобрения не обязательно наносят вред здоровью почвы, если 1) используются в надлежащих и не чрезмерных дозах и 2) если они вызывают общее улучшение общего роста растений, что способствует увеличению содержания углеродсодержащих остатков в почве.

СОДЕРЖАНИЕ

Аспекты

Термин «здоровье почвы» используется для описания состояния почвы в:

• Поддержание продуктивности растений и животных (агрономическая направленность);
• Повышение биоразнообразия ( биоразнообразиепочв ) (экологическая направленность);
• Поддержание или улучшение качестваводы и воздуха (экология / климат);
• Поддержка здоровья и жилья человека .
• секвестрирующий углерод

Здоровье почвы частично, если не в значительной степени, заменило выражение «качество почвы», существовавшее в 1990-х годах. Основное различие между этими двумя выражениями состоит в том, что качество почвы было сосредоточено на отдельных характеристиках внутри функциональной группы, например, на «качестве почвы для производства кукурузы » или «качестве почвы для подготовки дорожного полотна » и так далее. Добавление слова «здоровье» изменило восприятие на комплексный, целостный и систематический. Эти два выражения все еще в значительной степени пересекаются. Выражение «Здоровье почвы» происходит от движений за органическое или «биологическое земледелие» в Европе, однако задолго до того, как качество почвы было впервые применено в качестве дисциплины примерно в 1990 году. В 1978 году швейцарский почвенный биолог доктор Отто Бесс написал эссе «Здоровье почвы и Растения », который и сегодня во многом определяет отрасль.

Основополагающий принцип использования термина «здоровье почвы» заключается в том, что почва — это не просто инертная, безжизненная среда для выращивания, которую, как правило, представляет современное интенсивное сельское хозяйство, а, скорее, это живая, динамичная и очень тонко изменяющаяся вся среда. . Оказывается , что почвы весьма плодородные с точки зрения урожайности также живые с биологической точки зрения. В настоящее время общепризнано, что микробная биомасса почвы велика: в почвах лугопастбищных угодий умеренного климата бактериальная и грибная биомасса составляет 1-2 т (2,0 длинных тонны; 2,2 коротких тонны) на гектар и 2-5 т (4,9 длинных тонны). ; 5,5 коротких тонн) / га соответственно. Некоторые микробиологи теперь считают, что 80% питательных веществ в почве в основном контролируются микробами.

Используя аналогию со здоровьем человека, здоровую почву можно разделить на одну:

• В состоянии комплексного благополучия с точки зрения биологических, химических и физических свойств;
• Не больны или не заражены (т.е. не деградировали и не деградируют) и не вызывают негативных воздействий за пределами площадки;
• Благодаря совместному функционированию каждого из своих качеств, почва полностью раскрывает свой потенциал и сопротивляется деградации;
• Обеспечивает полный спектр функций (особенно круговорот питательных веществ, углерода и воды ) таким образом, чтобы поддерживать эту способность в будущем.

Концептуализация

Здоровье почвы — это состояние почвы в определенном пространстве и в определенном масштабе по отношению к набору критериев, которые охватывают здоровое функционирование. Было бы неуместно ссылаться на состояние почвы для подготовки почвы и полотна дороги, как в аналогии качества почвы в функциональном классе. Определение здоровья почвы может варьироваться между пользователями этого термина, поскольку альтернативные пользователи могут расставлять разные приоритеты по многочисленным функциям почвы. Следовательно, термин «здоровье почвы» может быть понят только в контексте пользователя этого термина и его стремлений к почве, а также в соответствии с определением границ рассматриваемой почвы. Наконец, дискуссии о здоровье почвы присущи многие потенциально противоречивые интерпретации, особенно оценка экологического ландшафта и агрономические цели, каждая из которых утверждает, что имеет критерии здоровья почвы.

Интерпретация

Различные почвы будут иметь разные показатели здоровья в зависимости от «унаследованных» качеств и географических условий почвы. В общие аспекты , определяющие здоровую почву можно рассматривать следующим образом :

• «Продуктивные» варианты широки;
• Разнообразие жизни велико;
• Абсорбционная способность, хранение, рециркуляция и переработка высоки по отношению к ограничениям, установленным климатом ;
• Качество стока — на высоком уровне;
• Низкая энтропия ; а также,
• Отсутствие повреждения или потери основных компонентов.

• Комплексный растительный покров ;
• Уровни углерода относительно близки к пределам, установленным типом почвы и климатом;
• Небольшая утечка питательных веществ из экосистемы;
• Биологическая и сельскохозяйственная продуктивность относительно близка к пределам, установленным почвенной средой и климатом;
• Только геологические скорости эрозии ;
• Отсутствие скопления загрязнений ; а также,

Таким образом, нездоровая почва — это просто обратное из вышесказанного.

Измерение

На основе вышеизложенного, здоровье почвы будет измеряться с точки зрения индивидуальных экосистемных услуг по сравнению с эталоном. Конкретные критерии, используемые для оценки здоровья почвы, включают выброс CO ₂ , уровни гумуса, микробную активность и доступный кальций.

Тестирование здоровья почвы распространяется в США, Австралии и Южной Африке. Корнельский университет, колледж, которому предоставляются земельные участки в штате Нью-Йорк, с 2006 года проводит тестирование на здоровье почвы. Woods End Laboratories, частная почвенная лаборатория, основанная в штате Мэн в 1975 году, с 1985 года предлагает пакет услуг по оценке качества почвы. физические ( совокупная стабильность ), химические (минеральный баланс) и биологические ( дыхание CO ₂ ), которые сегодня считаются отличительными чертами тестирования здоровья почвы. Подход других почвенных лабораторий, также входящих в сферу здоровья почвы, состоит в том, чтобы добавить в обычное химическое тестирование питательных веществ набор биологических факторов, обычно не включаемых в обычное тестирование почвы. Лучшим примером является добавление биологического дыхания почвы (« выброс CO ₂ ») в качестве процедуры тестирования; это уже было адаптировано к современным коммерческим лабораториям в период с 2006 года.

Однако лаборатории по исследованию почвы и ученые университетов сопротивляются добавлению новых биологических тестов, прежде всего потому, что интерпретация плодородия почвы основана на моделях из исследований «реакции сельскохозяйственных культур», которые сопоставляют урожайность с тестовыми уровнями конкретных химических питательных веществ, и отсутствуют аналогичные модели для интерпретации. по всей видимости, существуют для тестов здоровья почвы. Критики новых тестов здоровья почвы утверждают, что они могут быть нечувствительны к изменениям в управлении.

Методы испытаний почвы медленно развивались за последние 40 лет. Однако за это же время почвы США также потеряли до 75% своего углерода ( гумуса ), что привело к ухудшению биологического плодородия и функционирования экосистем; сколько спорно. Многие критики традиционной системы говорят, что потеря качества почвы является достаточным доказательством того, что старые модели испытаний почвы нас не оправдали и их необходимо заменить новыми подходами. Эти старые модели подчеркивали «максимальный урожай» и «калибровку урожайности» до такой степени, что не учитывались связанные с этим факторы. Таким образом, загрязнение поверхностных и подземных вод избыточными питательными веществами ( нитратами и фосфатами ) чрезвычайно выросло, и, согласно сообщениям, принятые в начале 2000-х годов меры (в Соединенных Штатах) были самыми худшими с 1970-х годов, до появления экологической сознательности.

Разрыв в здоровье почвы

Важность почвы для глобальной продовольственной безопасности, агроэкосистемы, окружающей среды и жизни человека экспоненциально сместила тенденции исследований в сторону здоровья почвы. Однако отсутствие эталонного теста для конкретного участка / региона ограничило исследовательские усилия, направленные на понимание истинного влияния различных агрономических методов управления на здоровье почвы. В 2020 году Махарджан и его команда вводят новый термин и понятие «разрыв в состоянии здоровья почвы» и описывают, как родная земля в конкретном регионе может помочь в установлении эталона для сравнения эффективности различных методов управления и в то же время его можно использовать. в понимании количественной разницы в состоянии здоровья почвы.

Источник

Глава 3
Здоровье почвы

Сельское хозяйство должно в прямом смысле слова вернуться к корням, заново открыв для себя важность здоровой почвы, использования естественных источников питания растений и разумного применения минеральных удобрений.

Почва – определяющее условие растениеводства. Без нее невозможно ни крупномасштабное производство продовольствия, ни откорм домашнего скота. Поскольку почва – ресурс ограниченный и уязвимый, это драгоценный ресурс, требующий особой заботы от тех, кто его использует. Многие из современных систем управления почвой и растениями являются неустойчивыми. Пример одной крайности: избыточное использование удобрений привело в Евросоюзе к такому накоплению азота (N) в почве, что, по имеющимся оценкам, оно угрожает устойчивости 70 процентов природы 1 . Другая крайность: в большинстве районов субсахарской Африки недостаточное использование удобрений означает, что питательные вещества, усвоенные сельскохозяйственными культурами из почвы, не пополняются, что ведет к деградации почвы и снижению урожаев.

Как возникла такая ситуация? Главным фактором стал четырехкратный рост населения Земли за последние сто лет, потребовавший фундаментального изменения в управлении почвой и растениями для производства большего количества продовольствия. Эта цель была достигнута отчасти благодаря созданию и масштабному применению минеральных удобрений, особенно азота, поскольку доступность N для усвоения является наиболее важным из факторов, определяющих продуктивность всех основных сельскохозяйственных культур 2-5 .

До открытия минеральных азотных удобрений понадобились столетия на создание запасов азота в почве 6 . Однако взрывной рост производства продовольствия в Азии во время «зеленой революции» был в значительной степени обусловлен интенсивным использованием минеральных удобрений, наряду с улучшенным предварительным отбором растений и орошением. Во всем мире использование минеральных удобрений за период между 1960 и 2005 годами выросло в пять раз, с 30 млн. тонн до 154 млн. тонн 7 . На долю минеральных удобрений приходится 40 процентов прироста производства продовольствия, отмеченного за последние 40 лет 8 .

Однако применение удобрений, внеся столь значительный вклад в производство продовольствия, дорого обошлось окружающей среде. Сегодня на Азию и Европу приходятся самые высокие в мире нормы расхода минеральных удобрений на гектар земли и самые серьезные проблемы, связанные с загрязнением окружающей среды, вызванным чрезмерным использованием удобрений, включая подкисление почвы и воды, загрязнение поверхностных и подземных водных объектов и возросший выброс мощных парниковых газов. В настоящее время в Китае коэффициент использования азота составляет всего лишь 26-28 процентов для риса, пшеницы и кукурузы и менее 20 процентов для овощных культур 9 . Остальной азот просто теряется в окружающей среде.

Воздействие минеральных удобрений на окружающую среду определяется управлением – расчетом оптимального количества (сколько удобрения вносится в сравнении с тем, сколько выносится растениями из почвы), методом и сроками внесения. Другими словами, именно эффективность применения удобрений, особенно N и фосфора (P), определяет, является этот аспект управления почвой благом для растений или бедой для окружающей среды.

Задача, следовательно, состоит в том, чтобы отказаться от существующих нерациональных методов и перейти к земледелию, которое может обеспечить надежную основу для устойчивой интенсификации растениеводства. Масштабные изменения в управлении почвой необходимы во многих странах. Рекомендуемые в этой книге новые подходы основаны на работе, проведенной ФАО 10-12 и многими другими организациями 13-20 , и сосредоточены на управлении здоровьем почвы.

Принципы управления здоровьем почвы

Здоровье почвы определяется как: «способность почвы функционировать как живая система. Здоровые почвы содержат многообразное сообщество почвенных организмов, которые помогают бороться с болезнями растений, насекомыми-вредителями и сорняками, образуют полезные симбиотические ассоциации с корнями растений, возвращают в оборот необходимые питательные вещества растений, улучшают структуру почвы с положительными последствиями для способности почвы удерживать воду и питательные вещества и в конечном счете совершенствуют растениеводство» 21 . К этому определению можно добавить экосистемный аспект: здоровая почва не загрязняет окружающую среду, но, напротив, вносит вклад в смягчение последствий изменения климата, поддерживая или увеличивая свое содержание углерода.

Почва содержит одну из самых разнообразных совокупностей живых организмов на Земле, тесно связанных через сложную трофическую цепь. В зависимости от того, как управляют почвой, она может быть больной или здоровой. Две крайне важных характеристики здоровой почвы – это богатое разнообразие ее биоты и высокое содержание неживого органического вещества почвы. Если содержание органического вещества увеличивается или поддерживается на уровне, достаточном для продуктивного роста растений, есть все основания считать, что почва здорова. Здоровая почва устойчива к массовым появлениям распространяющихся через почву вредителей. Так, растение-паразит стрига (Striga) представляет гораздо меньшую проблему на здоровых почвах 22 . EvenДаже ущерб, наносимый вредителями, обитающими вне почвы, такими как стеблевые пилильщики, на плодородных почвах меньше 23 .

В тропиках разнообразие почвенной биоты выше, чем в регионах с умеренным климатом 24 . Поскольку в будущем сельское хозяйство в тропиках в целом станет развиваться быстрее, тропические агроэкосистемы находятся под особой угрозой деградации почвы. Любой ущерб биологическому разнообразию и, в конечном счете, функционированию экосистемы, в тропиках затронет фермеров, ведущих сельскохозяйственное производство для собственных нужд, сильнее, чем в других регионах, поскольку такие фермеры в большей степени зависят от экосистемы и экосистемных услуг.

Функциональные взаимодействия почвенной биоты с органическими и неорганическими компонентами, воздухом и водой определяют потенциал почвы удерживать и высвобождать питательные вещества и воду и способствовать и поддерживать рост растений. Сами по себе большие запасы питательных веществ не гарантируют высокого плодородия почвы или высокой урожайности растений. Поскольку растения получают большую часть питательных веществ в водорастворимой форме, главная роль принадлежит трансформации и круговороту питательных веществ посредством процессов, которые могут быть биологическими, химическими или физическими. Питательные вещества необходимо доставить к корням растений свободно текущей водой. Следовательно, структура почвы – еще один ключевой компонент здоровья почвы, поскольку она определяет и способность почвы удерживать влагу, и глубину проникновения корней. Глубина проникновения корней может сдерживаться физическими ограничениями, такими как высокий уровень грунтовых вод, наличие подстилающей скальной породы или другими непроницаемыми пластами, а также химическими проблемами, такими как кислотность почвы, засоление, содовое засоление или наличие токсических веществ.

Недостаток любого из 15 питательных веществ, необходимых для роста растений может ограничивать урожайность. Чтобы добиться высокой продуктивности, необходимой, чтобы удовлетворить существующую и прогнозируемую в будущем потребность в продовольствии, крайне важно обеспечить их доступность в почве и внесение оптимальных количеств органических питательных веществ и, при необходимости, минеральных удобрений. Своевременное обеспечение питательными микроэлементами в так называемых «обогащенных удобрениях» является потенциальным средством для улучшения питания растений в случае их нехватки в почве.

Помимо этого, азот можно вносить в почву посредством включения азотфиксирующих бобовых и деревьев в системы земледелия (см. также главу 2, Системы ведения сельского хозяйства). Благодаря глубоко проникающим корням, деревья и некоторые почвоулучшающие бобовые растения способны выкачивать из подпочвы питательные вещества, которые в противном случае никогда не достигли бы сельскохозяйственных культур. Питание растений может быть улучшено другими биологическими ассоциациями – например, микоризой, симбиозом корней растения и грибов, который помогает маниоке получать фосфор из истощенных почв. Там, где такие экосистемные процессы не в состоянии обеспечить питательные вещества в количествах, нужных для высоких урожаев, интенсивное производство будет зависеть от рационального и эффективного внесения минеральных удобрений.

Сочетание экосистемных процессов с рациональным использованием минеральных удобрений формирует основу системы устойчивого управления здоровьем почвы, обладающую потенциалом для производства более высоких урожаев при использовании меньшего количества внешних факторов производства.

• Повышение содержания органической материи в почве в Латинской Америке
• Биологическая фиксация азота для обогащения N-бедных почв
• Глубокое внесение мочевины
  под рис в Бангладеш
• Управление питанием растений в интенсивном рисоводстве
• Вечнозеленое земледелие в регионе Сахель

Путь вперед

Для улучшения существующей практики земледелия и обеспечения прочной базы для успешного внедрения устойчивой интенсификации растениеводства требуются следующие действия. Ответственность за их осуществление лежит на национальных партнерах, помощь которым оказывает ФАО и другие международные организации.

• Создание национальных нормативно-правовых актов, регулирующих устойчивое земледелие. Благоприятная политика должна поощрять фермеров к внедрению устойчивых систем ведения сельского хозяйства, основанных на здоровье почвы. Потребуется уверенное руководство, чтобы внедрять и контролировать передовые практические методы, при активном участии мелких фермеров и их сообществ. Правительства должны быть готовы к принятию мер по регулированию методов сельскохозяйственного производства, которые ведут к деградации почвы или представляют серьезную угрозу для окружающей среды.
• Мониторинг здоровья почвы. Директивным органам и национальным институтам, ответственным за окружающую среду, требуются методы и инструменты для контроля результатов применения сельскохозяйственных методов. Хотя мониторинг здоровья почвы – очень сложная задача, в настоящее время ведется работа по его внедрению в глобальном 25 и на региональных и местных уровнях 26 . Мониторинг последствий сельскохозяйственного производства значительно усовершенствовался в развитых странах, но во многих развивающихся странах только начинается. ФАО и ее партнеры выработали перечень методов и инструментов для задач мониторинга и оценки 27 . Следует различать ключевые индикаторы качества почвы, требующие незамедлительной разработки, и те, что потребуют долгосрочной разработки 28 . К первым относятся содержание органического вещества в почве, баланс питательных веществ, разрыв между фактическим и потенциальным урожаями, интенсивность и многообразие землепользования и почвенно-растительный покров. Показателями, которые еще предстоит разработать, являются качество почвы, деградация земли и сельскохозяйственное биоразнообразие.
• Создание потенциала. Управление здоровьем почвы требует больших знаний и опыта, и для его широкого внедрения необходимо создание потенциала посредством программ подготовки для консультантов и фермеров. Также необходимо повышение, как на национальном, так и на международном уровне, квалификации научных работников для обеспечения усовершенствованных знаний, необходимых для обеспечения усовершенствованного управления качеством почвы в соответствии с ПМВСХ. Директивным органам следует изучить новые подходы, такие как группы поддержки гибкого научно-исследовательского сотрудничества 29 , которые обеспечат техническую поддержку и стажировки сотрудникам национальных научно-исследовательских институтов, и преобразовать результаты исследований в практические руководства для мелких фермеров. Необходимо укрепить национальный потенциал проведения полевых исследований и сосредоточиться на проблемах территориальной и временной изменчивости, посредством, например, лучшего использования моделирования экосистем.
• Распространять информацию и пропагандировать выгоды. Любое крупномасштабное внедрение управления здоровьем почвы требует, чтобы вспомогательная информация была широко доступной, особенно по каналам, знакомым для фермеров и специалистов по распространению сельскохозяйственных знаний. Учитывая высочайший приоритет здорового состояния почвы в ПМВСХ, в распространении информации должны участвовать не только национальные газеты и радиопрограммы, но и современные информационные и коммуникационные технологии, такие как мобильные телефоны и Интернет, которые могут быть гораздо более эффективными в информировании молодых фермеров.