No-till. Улучшение функционирования почвы и сохранение влаги

В центральных регионах пампасов Аргентины в полу­влажных условиях при срав­нении No-till с традицион­ной обработкой было уста­новлено, что ежегодно можно накопить в среднем около 7,5 см дополнитель­ной влаги, доступной для растений (Dardanelli, 1998). Причина такого улучшения в накоплении влаги заклю­чается преимущественно в лучшей инфильтрации, а также снижении испарения благодаря присутствию на поверхности почвы расти­тельных остатков.

Согласно оценке Дарданелли, и это характерно как для No-till, так и для традиционной плужной обработки, значе­ние коэффициента, отража­ющего взаимосвязь суточного уровня выпадения осадков и объема влаги, поступающего в почвенный профиль (эффективные осадки), обычно снижается с повышением интенсивности осадков.

 

Однако, чем выше интенсивность осадков, тем больше разница между коэффициентами в двух системах, причем в пользу No-till. В условиях традици­онной обработки коэффи­циент эффективных осадков равен 0,5 и ниже, в то время как для No-till этот показа­тель обычно составляет 0,7. На рисунке 1 приведен гра­фик, составленный на осно­ве данных Дарданелли (1998), на котором отраже­ны показатели эффектив­ных осадков при различной интенсивности выпадения, из которых можно получить коэффициент соотношения этих двух переменных. Кроме зависимости от системы возделывания (No-till или традиционная) и интенсивности выпадения осадков данный коэффици­ент в большой мере опреде­ляется природными и при­обретенными благодаря No-till характеристиками:

• тип почвы (текстура и структура);
• уклон;
• естественная и приобретенная благодаря No-till пористость;
• проницаемость почвы;
• севооборот;
• количество растительных остатков на поверхности почвы;
• продолжительность использования No-till;
• прочие.

Несколько лет назад, когда технология No-till в Аргентине находилась преи­мущественно на экспери­ментальной стадии (Totis de Zeljcovich, 1984), в ходе исследования, в котором сравнивалась эффектив ность использования влаги кукурузой, выращиваемой по No-till и с использовани­ем традиционных методов, была зафиксирована значи­тельно более высокая эффективность использова­ния влаги в случае примене­ния No-till. В цифровом выражении результаты были следующими: 14,5 кг зерна произведено на каждый миллиметр фактической эвапотранспирации (ФЭТ) при No-till (соответствует 0,147 т зерна/см фактически эвапотранспирированной влаги) и 10,6 кг зерна на миллиметр ФЭТ (соответ­ствует 0,108 т зерна/см фак­тически эвапотранспирированной влаги) на почве, обрабатываемой традицион­ными методами. Эти данные свидетельствуют о повыше­нии эффективности исполь­зования влаги в системах No-till на 37% по сравнению с традиционными. Для кукурузы и некоторых других культур, которые длительное время (15 лет) выращивались на фермах по технологии No-till, на сегод­няшний день имеются дан­ные, свидетельствующие об эффективности использова­ния влаги, превышающей ту, которая была отмечена Тотисом де Зелковичем (Totis de Zeljcovich, 1984). В случае с кукурузой согласно некоторым расчетам показа­тели могут достигать 20-25 кг на каждый миллиметр ФЭТ. Однако для подтверждения этих эмпирических исследо­ваний и проведения соответ­ствующих расчетов на осно­вании данных, полученных на уровне ферм и экосистем при долгосрочном использо­вании No-till, необходимы дальнейшие исследования и эксперименты.

 

Больше влаги – больше зерна

Исходя из среднего количе­ства дополнительных мил­лиметров влаги, которые позволяет накопить No-till в почвенном профиле, и сред­ней эффективности исполь­зования влаги, характерной для культур, выращиваемых в центральных регионах Аргентины, мы можем про­вести простые подсчеты и рассчитать дополнительное зерно, которое можно было бы получить, используя дополнительную влагу, доступную для растений. В случае с кукурузой количе­ство дополнительного зерна составляет 1,5 т/га в год, а пшеницы и сои – около 0,5 т/га в год. Кроме повы­шения способности нака­пливать влагу почва, хорошо покрытая растительными остатками, также снижает потери воды, обусловленные испарением непосредствен­но из почвенного профиля. Это еще один фактор, значительно способствующий повышению доступности почвенной влаги, кото­рый можно достичь при No-till. Повышение способности почвы нака­пливать влагу, обусловленное исполь­зованием No-till, имеет очень благо­приятные последствия для снижения стока и, следовательно, сокращения эрозионных сил и загрязнения. В усло­виях неорошаемого земледелия допол­нительная влага способна улучшить продуктивность культур, когда осадки выпадают несвоевременно. Дополнительная влага, накопленная в почве, может предотвратить достиже­ние культурой точки устойчивого завядания. Это имеет большое значение при обработке низкопродуктивных почв в умеренно влажных и полуза­сушливых условиях, где влагоудерживающая способность почвы и уровень выпадения осадков ниже, чем во влаж­ных регионах. Кроме того, данный фактор важен для низкопродуктивных или ограниченных условий, так как в этих случаях осадки выпадают непред­сказуемо и в малых количествах. Принимая во внимание это преимуще­ство, при использовании No-till сель­скохозяйственные границы могут быть несколько расширены для низкопро­дуктивных регионов. Однако к такому расширению следует подходить осто­рожно. На рисунке 3 схематически изо­бражена взаимосвязь между влагой и почвой, а также показаны преимуще­ства технологии No-till.

 

Накопление влаги -козырь в засушливые годы

Повышение поглощающей способно­сти почвы в сочетании с минимальным испарением непосредственно с поверх­ности почвы – основные факторы, объясняющие возможность накопить ценные дополнительные миллиметры влаги. На рисунке 4 показан результат совместного действия этих факторов в условиях фермы, когда уровень выпа­дения осадков был недостаточным. При выращивании культуры в обыч­ных условиях эти дополнительные миллиметры влаги обусловливают большую разницу в период стресса, вызванного засухой. Отрицательное влияние на потенциальную урожай­ность может быть сведено к минимуму. В ограниченных условиях несколько дополнительных миллиметров влаги могут стать определяющим фактором выживания растений. На рисунке 4 (сопоставление двух фотографий, одна из которых сделана зимой, а другая вес­ной) изображены два соседний участка, отделенных забором. Участок, располо­женный слева от забора, обрабатывает­ся традиционными методами, а на участке, расположенном справа, используется технология No-till. На фотографии слева – участки зимой, а справа – эти же участки летом в период сильного стресса, обусловленного недо­статком влаги. В обоих случаях выра­щивалась соя в системах богарного земледелия. С участка, обрабатываемо­го традиционными методами, был получен настолько низкий урожай, что его даже не убирали. А на участке спра­ва, который обрабатывался по техноло­гии No-till, собрали 2 т зерна с гектара. Если учесть, что в вегетационный период культура перенесла засуху, то урожай можно считать хорошим.

 

Сохранение влаги – управление урожайностью

Есть и другие преимущества, являю­щиеся результатом лучшего управле­ния влагой, достигнутого благодаря технологии No-till и присутствию покрова на поверхности почвы. Например, максимальное повышение урожайности кукурузы и сведение к минимуму изменчивости по урожай­ности.

 

Изменчивость среднегодового уровня выпадения осадков – один из основных факторов в нашем регионе, определяю­щих изменчивость урожайности из года в год. Обеспечивая накопление большего количества влаги в почвен­ном профиле при определенном объе­ме осадков, мы может ориентироваться на более высокие и постоянные цели по урожайности (Peiretti, 2001). Доступные для растений дополнитель­ные миллиметры влаги, накопленные благодаря системе No-till, позволяют пересмотреть цели по урожайности. При управлении производством системно и с учетом определенных целей по урожайности мы должны откорректировать уровень использова­ния некоторых других ресурсов произ­водства или компонентов системы. Например, при системной стратегии управления, кроме всего прочего, нужно выбрать соответствующее сочетание уровня питательных элемен­тов, которые следует вно­сить в виде удобрений, а также наиболее подходящий генотип для выращивания в данных условиях сельскохо­зяйственной экосистемы. Кроме того, это решение желательно сочетать с соот­ветствующей стратегией управления сорняками, фор­мирования травостоя необ­ходимой плотности, сроков посева, а также контроля насекомых и заболеваний. В вегетационный период 2002-2003 года и 2003-2004 года было проведено иссле­дование на уровне фермы. Кукуруза, по которой были получены результаты (рис. 6 и 7), возделывалась по тех­нологии No-till с использованием системного подхода. Для выращивания культуры использовались самые последние и современные технологии. В каждом веге­тационном сезоне на близле­жащих полях с таким же типом почвы также прово­дились исследования. Эти поля в течение последних 15 лет также обрабатывались по технологии No-till. В веге­тационный сезон 2003-2004 года была достаточно силь­ная засуха, однако зерновая урожайность оказалась достаточно высокой, и реакция на внесение различных норм удобрений была хорошей. Полученные результа­ты эмпирически подтвер­ждают полезность No-till в преодолении стресса, обу­словленного недостатком влаги в вегетационный период при выращивании кукурузы с использованием системного подхода No-till. На рисунке 5 изображены кривые урожайности в оба сезона возделывания при разных нормах внесения азота и серы и фиксирован­ной норме внесения фосфо­ра (включая контрольный участок, где удобрения не вносились). Результаты исследования, отраженные на рисунках 5 и 6, в некото­рой степени демонстрируют положительный эффект дополнительных миллимет­ров влаги, накопленных бла­годаря No-till, на улучшение продуктивности культуры. Зелеными линиями и столб­цами обозначены результа­ты, полученные в сезон 2002-2003 года, а красны­ми – в сезон 2003-2004 года. В сезон 2002-2003 года дополнительная влага поло­жительно повлияла на повышение урожайности кукурузы благодаря улуч­шению использования питательных веществ. В сезон 2003-2004 года при ограниченном количестве осадков дополнительная влага была полезна для пре­дотвращения значительно­го снижения урожайности и получения реакции культу­ры на внесение пяти удо­брений, а также позволила снизить изменчивость уро­жайности из года в год. На рисунке 6 видно, как допол­нительная влага повлияла на размер початков кукуру­зы. Это в некоторой степени подтверждение положи­тельного влияния No-till, которое уже было отражено на рисунке 2 по сое в засуш­ливый год.

В оба сезона (2002-2003 и 2003-2004) кукуруза выра­щивалась в условиях прак­тически полностью покры­той поверхности почвы. На рисунке 7 можно четко уви­деть культуру и условия на поверхности почвы, харак­терные для сезона 2002-2003 года.

 

Управление влагой и контроль сорняков

На рисунке 8, которое было сделано в период возделывания 2003-2004 (низкий уровень выпадения осад­ков), изображено поле, рас­положенное в том же регио­не, что и поле, на котором проводилось исследование. Оно демонстрирует потреб­ность в соответствующем управлении системой кру­глый год. На нем видно отрицательное влияние, которое может оказать неверная программа кон­троля сорняков. Перерыв в опрыскивании во время зимнего пара показывает значимость контроля сор­няков в соответствующее время для достижения луч­шего управления влагой. Точного рецепта, когда и как контролировать сорня­ки, не существует, это будет зависеть от условий кон­кретной агроэкосистемы и используемой стратегии. Однако опыт, отраженный на рисунке 9, показывает, насколько важен этот вопрос в улучшении управ­ления водой. Мы можем видеть отрицательные последствия более продол­жительного роста сорняков, чем допустимо. Сорняки, растущие зимой, не уничтожались, и вегетация продол­жалась дольше, чем на остальной части поля, где они были своевременно и правильно уничтожены. Контроль сорняков в зим­ний период был проведен только спустя два месяца, перед посевом. Сорняки поглотили большое количе­ство влаги из почвенного профиля, что не позволило максимально накопить влагу в период пара. Для агроэкосистем региона, где проводилось исследование, наилучшая стратегия посе­ва кукурузы, по всей види­мости, состоит в накопле­нии (и сохранении) в почвенном профиле как можно большего количе­ства влаги для следующей культуры, хотя бы в годы с уровнем выпадения осадков ниже среднего.

 

 

Освоение более засушливых территорий

 

Освоение более засушливых территорий

Накопление влаги, которое обеспечивает использова­ние технологии No-till, позволяет сместить грани­цы богарного земледелия и расширить производство благодаря освоению более засушливых регионов. В Аргентине есть большие площади в засушливых зонах, на которых успешно занимаются производством однолетних культур благо­даря использованию соот­ветствующего системного управления No-till. Когда достигается предел доступ­ности влаги в почве, четко видна значимость соответ­ствующего управления культурой по No-till. При производстве в таких усло­виях те дополнительные несколько миллиметров влаги, которые удается накопить благодаря No-till, могут изменить ситуацию к лучшему. В этих регионах общее управление агроэкосистемой и стратегия возде­лывания культур по No-till должны быть ориентирова­ны именно на эту цель. При орошаемом производстве использование принципов No-till также может быть полезно, поскольку они позволяют сократить требу­емую обильность полива. Эту цель следует рассматри­вать как достижимую, эмпирические наблюдения четко указывают на воз­можность получения этого преимущества. И хотя такие результаты получены в основном на основании эмпирических наблюдений на фермах, научные эксперименталь­ные данные подтверждают эти факты.

 

Улучшение здоровья почвы и контроль водной эрозии

Отсутствие механической обработки почвы, а также чередование и сохранение растительных остатков, постоянно покрывающих почву, имеют большое зна­чение для соответствующе­го функционирования системы No-till и достиже­ния некоторых других функциональных преиму­ществ, касающихся почвы и агроэкосистем. No-till и покрытая почва, которая является обязательной составляющей системы, значительно помогают сократить объем и ско­рость стока, сокращая его эрозионную силу, а также количество осадка и рас­творенных веществ, кото­рые он регулярно выносит. Кроме того, они создают гораздо более благоприят­ные условия в почве, точ­нее в нескольких миллиме­трах на ее поверхности, в слое наибольшей химиче­ской и микробиологиче­ской активности. Присутствие гломалина -устойчивого протеина, выступающего сопутству­ющим продуктом жизнеде­ятельности особого типа грибов, значительно повы­шается в условиях No-till (Wright, 2001). Кроме того, была отмечена сильная вза­имосвязь между содержа­нием гломалина и стабиль­ностью почвенных агрега­тов, а следовательно, сни­жение склонности к эро­зии. Такое физическое состояние почвы и механи­ческий барьер, который представляют собой расти­тельные остатки, – основ­ные элементы, предотвра­щающие заиление на поверхности почвы, кото­рое происходит, когда дождевые капли ударяются о непокрытую почву, что регулярно наблюдается в условиях традиционной обработки. При No-till почва остается в хорошем состоянии и способна улав­ливать дождевые капли и обеспечивать их проникно­вение в почвенный про­филь (No-till улучшает спо­собность почвы улавливать влагу). Общее состояние почвы при хорошем покро­ве и использовании севоо­боротов в системе No-till можно увидеть на рисунке 10. Кроме того, в этих нескольких миллиметрах на поверхности почвы, где формируются особые, более влажные условия при No-till, деятельность огром­ного количества микроор­ганизмов значительно воз­растает. Это ускоряет раз­ложение растительных остатков и, следовательно, интенсифицирует процесс круговорота питательных веществ. Данное явление способствует лучшему функционированию почвы и общей продуктивности культур. Кроме того, замет­ное улучшение мезофауны еще больше улучшает функционирование почвы и способность накапливать влагу, создавая очень эффективную сеть так называемых биопор. Хотя для изучения этого вопроса необходимо больше науч­ных исследований и заме­ров. На фермах, где дли­тельное время использова­лась технология No-till, можно без труда обнару­жить большое количество почвенных организмов.

 

 

Главное – системный подход

На почвах, где используются принципы No-till, был достигнут значительный прогресс как в управлении влагой, так и в общем функ­ционировании почвы и агроэкосистемы. Хотя во многих случаях результаты, полученные в условиях ферм, использующих техно­логию No-till, соответствуют результатам, полученным в ходе нескольких исследова­ний. Чтобы объяснить всю сложность функционирова­ния агроэкосистем, нужны дальнейшие исследования. Однако полученные на фер­мах эмпирические результа­ты указывают на то, что полное и правильное использование принципов No-till наряду с системным подходом может значитель­но улучшить многочислен­ные взаимодействия между водой и растением, а также повысить общую продук­тивность и устойчивость агроэкосистемы.

 

 

Роберто А. Пейретти, 

магистр в области сельскохозяйственного машиностроения, президент CAAPAS (Американской конфедерации ассоциаций по устойчивому земледелию), член организационного комитета AAPRESID (Аргентинской ассоциации фермеров, использующих технологию No-till).