3.Система сберегающего земледелия в степных провинциях Канады Введение системы No-Till
На канадские прерии приходится около 85% пахотных земель Канады, что делает их самым важным сельскохозяйственным регионом страны. Естественные почвы в прериях содержали менее 1% азота (N), и около 15–40% этого азота было потеряно к 1940-м годам, так как земля была впервые распахана около 120 лет назад (Mitchell et al. 1944 ). Деградация почвы продолжалась до 1980-х годов, когда было потеряно около 35% исходного органического азота (Voroney et al. 1981 ). Чтобы обуздать ситуацию, Научный совет Канады объединил несколько заинтересованных сторон (Научный совет Канады, 1986 г.), где стратегии по снижению эрозии почвы, засоления и потери органического вещества почвы (SOM) были главным приоритетом. Кроме того, было установлено множество долгосрочных экспериментов для определения основных причин деградации почв, включая изменение ПОВ, и разработки передовых технологий земледелия. В центре внимания также находились опасения по поводу преобразования пастбищ прерий в сельскохозяйственные угодья и общей устойчивости сельского хозяйства в прериях (Shutt 1906 ; Janzen 2001 ).
Раньше одним из основных ограничений в растениеводстве было отсутствие вариантов борьбы с сорняками и технологий повышения плодородия почвы, которые позволили бы перейти от традиционных методов возделывания летних паров к системам нулевой обработки почвы (NT). Продолжающийся летний пар привел к сильной и частой ветровой эрозии в 1930-х годах в прериях (Montgomery 2007 ). Благодаря прогрессивным исследованиям во второй половине 1930-х годов стало очевидно, что содержание растительных остатков на поверхности почвы (рис. 33.1 ) может улучшить инфильтрацию воды, уменьшить потери на испарение, уменьшить поверхностный сток и эрозию, а также сохранить почвенную влагу из-за увеличения способность улавливать и удерживать снег и защищать поверхность почвы от прямых солнечных лучей (Смика и Унгер, 1986 г.).). Эти знания привели к разработке и внедрению односторонних дисков в конце 1930-х годов. Хотя эти односторонние диски подходили для основной обработки почвы, они были менее агрессивными, чем обычные плуги. Обработка такой техникой оставляла на поверхности почвы большую часть растительных остатков. Впоследствии на дисках одностороннего действия были установлены ящики для семян и удобрений, что позволило проводить посев и внесение удобрений одновременно с основной обработкой почвы. Дисковые сеялки этого типа давали возможность проводить посев в стерню на корню и устраняли необходимость осенней обработки почвы, и широко использовались до конца 1990-х годов.
Рис.1. Участки с традиционной обработкой (вверху) и нулевой обработкой (внизу), демонстрирующие различия в покрытии почвы.
Влияние нулевой обработки на здоровье почвы
Здоровье почвы можно определить как способность почвы функционировать в качестве жизненно важной живой системы для поддержания продуктивности и здоровья растений и животных, а также для поддержания или улучшения качества окружающей среды. Концепция здоровья почвы, которая, как можно было бы утверждать, связана с качеством почвы, термином, широко использовавшимся в прошлом, привлекает большое внимание, поскольку здоровые почвы имеют решающее значение для долгосрочной устойчивости и устойчивости агроэкосистемы. Здоровье почвы включает в себя биологические, химические и физические свойства почвы, при этом в последние несколько лет больше внимания уделяется биологии почвы. Хотя для канадских прерий нет стандартизированного теста на здоровье почвы, многочисленные исследования были сосредоточены на влиянии методов управления, включая обработку почвы, на различные показатели здоровья почвы. Методы No-till могут оказать существенное влияние на показатели здоровья почвы, поскольку они изменяют влажность и температуру почвы, размещение и распределение пожнивных остатков, а также круговорот питательных веществ. Хотя СОМ ,органический углерод почвы (SOC) и общий азот почвы (TN) являются неотъемлемыми компонентами здоровья почвы, может потребоваться несколько лет или даже десятилетий, чтобы обнаружить измеримые различия между NT и CT для этих показателей. В ходе 11-летнего исследования в полузасушливом районе юго-западного Саскачевана обнаружили одинаковое содержание SOC между NT и MT на глубине 0–0,15 м. В других исследованиях также не сообщалось об отсутствии различий в содержании SOC или TN между NT и CT. Однако более высокие SOC и TN при NT, чем при CT, были измерены в других случаях. После 11 лет НТ содержание SOC (глубина 0–0,15 м) увеличилось примерно на 4 Мг С/га по сравнению с КТ. Обзор Кэмпбелла и соавт. ( 2005 ) подчеркнули, что прирост SOC при NT был выше, чем при CT, примерно на 250 кг га -1 год -1 выше в полузасушливых канадских прериях, независимо от частоты возделывания культур, в то время как в субгумидных канадских прериях он составлял 50 кг га −1 год −1 для систем с паром, но 250 кг га −1 год −1для систем непрерывного кадрирования. В дополнение к гетерогенному характеру SOM отсутствие влияния обработки почвы на SOC и TN может быть связано с несколькими факторами, в том числе с тем, что обработка почвы не влияет на образование растительных остатков, глубиной обработки в случае CT, начальным SOC и TN. содержание, используемая система возделывания (например, пар или сплошное возделывание) и специфические для участка условия, такие как текстура .
Реакции на изменения, вызванные управлением, такие как обработка почвы, преимущественно обнаруживаются в более легко разлагающихся, динамичных и лабильных формах или атрибутах качества. Например, в то время как обработка почвы не влияла на содержание SOC и TN на глубине 0–0,15 м у сорта Grey Luvisol обнаружили более высокую легкую долю органического углерода (LFOC) и N (LFON) при NT, чем при CT. На черном черноземе также обнаружили более высокие LFOC и LFON при NT, чем при CT, однако Malhi et al. ( 2011b ) наблюдали более высокие LFOC и LFON при CT, чем при NT. Кэмпбелл и др. ( 1998 г.) обнаружили более высокую микробную биомассу C (MBC) и N (MBN) на высоте 0–0,075 м при CT, чем NT через 12 лет в илисто-суглинистой почве в полузасушливых канадских прериях. Напротив, более высокие MBC и MBN наблюдались при NT по сравнению с CT. В исследовании, проведенном в западной части Канады, было показано, что NT увеличивает МБК и функциональное разнообразие по сравнению с CT в ризосфере в течение 4 и 5 из 18 лет работы, соответственно, и 3 и 4 года работы в насыпной почве. Обработка почвы мало влияла на LFOC на глубине 0–0,075 м в зонах бурых и темно-бурых черноземов, но значительно снижала LFOC в почвенной зоне черноземов. Структура почвы также может быть затронута обработкой почвы. В нескольких исследованиях сообщается о лучшей агрегатной стабильности (чаще всего измеряемой как средний весовой диаметр) при NT, чем при CT Исследования также сообщают о более низкой гидравлической проводимости и объемной плотности почвы при NT, чем при CT , в то время как в других случаях верно обратное.
Микробное разнообразие и функции почвы являются неотъемлемой частью устойчивых и устойчивых систем земледелия, поскольку процессы, опосредованные микроорганизмами, поддерживают круговорот питательных веществ и другие важные аспекты систем земледелия. Лупвайи и др. ( 1998 ) обнаружили большее бактериальное разнообразие в NT, чем в CT, на глубине 0–0,075 м на Grey Luvisol, что указывает на то, что консервирующая обработка почвы может поддерживать микробное разнообразие и влиять на долгосрочную устойчивость агроэкосистем. В исследовании, проведенном на четырех опытах обработки почвы в четырех разных почвенных зонах канадских прерий, за исключением одного участка, обнаружили, что общая микробная биомасса, бактериальная биомасса и грибковая биомасса на 8–202%, 26–58% и 0–120% выше, соответственно, на поверхности почвы (0–0,05 м) при NT, чем при CT. Следовательно, в то время как грибковое доминирование обычно предполагается при NT, как грибная, так и бактериальная биомасса увеличивалась при NT в этих почвах. В последующем исследовании, обнаружили постоянно более высокую микробную биомассу на поверхности NT, чем в почвах CT, но обнаружили вызванные NT сдвиги в их относительной численности, за исключением самого засушливого участка (Swift Current). В этом полузасушливом месте количество арбускулярных микоризных грибов (AMF) было выше при NT, чем при CT, в то время как грамположительные бактерии были обратными. Это наблюдение на Swift Current было связано с более низкой урожайностью, поступлением растительных остатков и скоростью разложения в результате ограничения влажностию. Следовательно, севооборот, количество и качество пожнивных остатков, состав почвы и условия окружающей среды могут иногда оказывать более доминирующее влияние на характеристики здоровья почвы, чем система обработки почвы.
Рис.2 Провинции Манитоба, Саскачеван и Альберта – основные территории по применению системы No-Till