Обновление через изменение
Джоэл Вильямс
В данном цикле статей мы уже представили Вам рамочные условия в отношении эффективности, замещения и изменения, которые необходимы для перехода от интенсивной системы производства с большим расходом ресурсов к экологичному, природоинтегрированному и ресурсосберегающему земледелию. В этой последней статье из данной серии мы осветим методики и стратегии, которые лежат в основе этого процесса изменений и расскажем, как предлагаемые модели могут помочь, снизить зависимость системы от внешних факторов.
Центральным пунктом при этом является рассмотрение системы хозяйствования в экологическом контексте, а производственные процессы в локальных рамочных условиях. Такие понятия, как аграрная экология или экологическая интенсификация – очень важный элемент данного подхода. Если сформулировать проблему коротко, можно выразить ее так: «Целью является производство продуктов питания с одновременной заботой об окружающей экологии». Или «Мультифункциональное развитие предприятия» (рис. 1). На практике, конечно, это связано с большим количеством конкретных деталей и факторов, а также имеет различные уровни. Но если в фокусе не находится исключительно увеличение урожайности (как говорится, «любой ценой»), тогда приоритет получают земледельческие и агрономические преимущества, экологические аспекты, которые, в свою очередь, положительно сказываются на развитии производства – без ущерба для урожайности. 1
Этот процесс изменений можно сформулировать так: «Построение экологичной полевой и ландшафтной инфраструктуры, использующей диверсификацию и биологизацию обменных реакций с целью улучшения почвенного плодородия, баланса элементов питания, водно-воздушного режима почв, ее фитосанитарного состояния, увеличение популяций насекомых-опылителей и др. полезных факторов для экосистемы». 2
Существует много стратегий, которые можно рассматривать как реализацию части этого процесса. Например, это - использование удлиненных многозвеньевых севооборотов, включающих промежуточные и покровные посевы, возделывание новых сортов, уменьшение обработки почвы, практика прямого посева, интегрированное животноводство, ландшафтно-адаптивное земледелие, зеленые защитные зоны и кулисы для диких животных и пр. В этой статье мы сконцентрируем свое внимание на ключевых элементах таких систем: многообразии видов (возделываемых культур), смешанных посевах и экологически интегрированном земледелии.
Разнообразие растительных видов
Большинство доминирующих сегодня систем земледелия сформировались в результате стремления к монокультурам. На практике это стремление к унификации привело не только к распространению небольшого количества видов, но и возделыванию одних и тех же сортов. Да, в условиях крупнотоварного производства такой подход имеет массу преимуществ. Однако, есть и масса слабых мест. Особенно это зависимости от используемого семенного материала, удобрений и СЗР.
Следствием из года в год однообразных посевов на полях возникает резистентность. Схожая корневая архитектура растений приводит к усиленной конкуренции за влагу и питательные вещества по сравнению с корнями разных типов. Два этих недостатка ведут к еще большей зависимости от СЗР и удобрений.
Чтобы изменить систему производства с интенсивной на экологичную, первое, что нужно сделать – уйти от монокультур и перейти к смешанным посевам. Рассмотрим некоторые примеры таких изменений и преимуществ их внедрения в производство.
По сравнению с монокультурами смешанные посевы усиливают различные биологические особенности – микробиологическую биомассу и эффекты дыхания растений3,4, массу бактерий и грибов, соотношение бактерии/грибы5, и микоризу6. Многообразие корневых систем разных растений улучшает структуру почвы и стабильность почвенных агрегатов8,9.
Улучшение биологического и физического состояния почвы ведет к улучшению круговорота элементов питания и их лучшей доступности для растений3, 10-12, что позволяет снизить дозу применяемых удобрений. Смешанные посевы также позволяют пространственно разграничить растения одного вида, что снижает их поражение болезнями и вредителями.
Доказано, что разнообразие видов в производственных системах снижает засоренность и уменьшает популяции специфических вредителей 13-16. Кроме того, растительное многообразие в природных экосистемах (луг, лес, пастбище, поле) достоверно увеличивает содержание в почве углерода12,17,18. Переход к большему количеству видов в массивах с многолетними травами осуществить относительно просто. В земледелии это сделать гораздо сложнее. Практика покровных и смешанных посевов стала в последние годы заметно популярней, т.к. одновременный посев и возделывание двух разных культур тоже не так сложно осуществить на практике. Поэтому этот метод мы рассмотрим несколько подробнее.
Покровные и смешанные посевы
В последние годы интерес к практике смешанных посевов сильно вырос. И я лично думаю, что этот тренд не только продлится, но и усилится в следующие годы. Ту же тенденцию можно наблюдать и в прикладной науке: количество опытов, научных работ и публикаций на эту тему заметно увеличилось за последние годы14 (рис.2).
Однако, несмотря на этот очевидный интерес, на практике, как правило, преобладают смешанные посевы из двух видов, что объясняется относительной легкостью перехода к такой практике. По-настоящему поликультурные посевы встречаются, по-прежнему, крайне редко. Однако они важны, прежде всего, с точки зрения снижения популяций вредителей и болезней в экосистемах.
Возделывание покровных культур, служащих для поддержки основной культуры, является хорошим началом для такой практики. Особенно при недостаточном увлажнении, когда не ясно, хватит ли влаги для обеих культур - это более практичное решение.
Самая распространенная практика смешанных посевов – это комбинация зерновых и бобовых. Для зерновых этот метод имеет особое преимущество ввиду фиксации бобовой культурой атмосферного азота17,18 азотфиксирующими клубеньковыми бактериями последних, что в целом улучшает азотное питание растений11.
Наоборот, мощные вертикальные стебли зерновой культуры служат надежной опорой для хрупких стеблей бобовых, предотвращая их полегание, что в монопосевах значительно затрудняет их механизированную уборку. Частыми комбинациями на практике являются сегодня смеси: пшеница/бобы, пшеница/горох, ячмень/горох, овес/горох, кукуруза/бобы, кукуруза/вика. В принципе, ничто не ограничивает фантазию землепользователя! Есть и более необычные комбинации: горох/рапс, рапс/бобы, лен/овес, нут/чечевица.
Однако не все растения можно успешно комбинировать друг с другом. Некоторые из них могут стать конкурентами – это всегда нужно учитывать при составлении смесей. Также нужно учитывать совместимость сортов, правильно подбирать норму высева, ширину междурядий, расположение растений (в одном ряду или в отдельных рядах), учитывать почвенное плодородие, климатические особенности и актуальные погодные условия в регионе.
Так, например, увеличение доли бобовых в смешанном посеве увеличивает и трансфер азота к растению-партнеру. При посеве отдельными рядами в соотношении 1:1, растениями фиксируется и потребляется больше азота, чем при соотношении 2:1 (зерновые:бобовые). Очевидно, что при смешанном посеве двух культур обычную норму высева в соло-варианте нужно уменьшить вдвое.
Однако ввиду видовых особенностей бывает и так, что развитие одного растения подавляет рост и развитие другого. Поэтому задача агронома – научиться владеть этим тонким инструментом балансировки и не бояться пробовать и делать эксперименты. Например, овес способен подавлять горох. Зная это, достаточно будет увеличить долю гороха в смеси с 50% до 70%, соответственно сократив долю овса.
Системы для хозяйств с животноводством
До интенсивной модели сельского хозяйства, основанного на разделении направлений и специализации, как правило, все семейные фермерские хозяйства и подворья были смешанными. Целью смешанного хозяйства является комплексное обеспечение человека необходимыми ему для полноценного роста и развития продуктами питания. Сопутствующими целями являются обеспечение животных кормами, улучшение почвенного плодородия за счет использования органических удобрений и др.
Дополнительно, интегрированные воедино животноводство и растениеводство взаимно компенсируют недостатки друг друга (например, применение продуктов жизнедеятельности животных в качестве удобрения на полях, вместо их накапливания и утилизации). Многочисленные опыты в разных странах показывают, что эффективность органических удобрений по сравнению с минеральными на 27% выше! Наибольшей эффективностью обладает полуперепревший навоз. Дополнительным эффектом является повышение доли органического вещества в почве20, содержания азота и усиление микробиологической активности.
Древесные насаждения также могут быть отлично интегрированы в системы земледелия – не только из-за эстетики или как ареал обитания для диких животных, а также с фокусом на получение товарной продукции. Традиционно деревья присутствуют, главным образом, как элементы зеленых изгородей, лесополос, обрамления дорог, береговых зон и пр. Однако их вполне можно интегрировать в системы полеводства с целью повышения эффективности полеводства или луговодства. Деревья дают тень, являются источником биологической энергии, выполняют важную почвозащитную роль и диверсифицируют доходность предприятия (особенно ценные фруктовые и ореховые насаждения).
Посадка ценных пород кустарников, пригодных для скармливания животным может являться важным средством повышения эффективности хозяйствования. Также это увеличивает био-разнообразие на лугах. Деревья и кустарники к тому же создают более теплый микроклимат, чем на открытом пространстве, что позволяет животным особенно в холодное время года там укрываться. Ну и наконец, деревья и кустарники на краю поля являются надежным природным ареалом для обитания многих насекомых-опылителей21.
Экологическая интеграция
Под понятием экологической интеграции я понимаю стратегии, создающие близкие к природным условиям системы ведения хозяйства в агропредприятии – в растениеводстве, животноводстве и др. Как уже было сказано выше, это наиболее простой и короткий путь улучшить экологическую ситуацию на поле, диверсифицировать растительный покров, древесно-кустарниковые насаждения, создать ареалы обитания для диких животных.
Экологическая интеграция позволяет воссоздать баланс между экологией и экономикой. Использование промежуточных посевов (сидератов) между основными товарными культурами является хорошим примером реализации такой стратегии. Поэтому ключевыми понятиями экологической интеграции будут являться следующие: защищать, увеличивать и создавать….
- Защищать все имеющиеся природные зоны.
- Увеличивать и соединять эти массивы (по возможности).
- Создавать и интегрировать новые экологические зоны и массивы.
Защита ареала дикой природы означает для большинства объектов следующее: не вмешиваться в происходящее, оставив жизнь идти своим чередом. Например, не стоит каждый год чистить и прореживать лесополосы – достаточно делать это раз в 3-5 лет. И не все одновременно, а так, чтобы всегда оставались нетронутые рукой человека места.
То же касается окраин поля и разворотных полос: не торопитесь мульчировать всходы естественной растительности сразу, как они появились…. В целом – чем выше трава, тем лучше. Тем больше животных, птиц и насекомых найдут там защиту, пищу и кров. Я бы даже советовал обсевать поля по краям специально подобранными смесями из низких и высоких растений. Не нужно превращать эти места в стерильные зоны, не нужно бояться растительности, которую мы по привычке называем «сорной» - по крайней мере до тех пор, пока она не начинает наносить хозяйственный вред…
Что касается создания новых рекреационных зон, то можно, например, высаживать древесно-кустарниковые насаждения по берегам водоемов или вдоль полевых дорог, высевать полосы цветущих одно- или многолетних растений непосредственно в поле, деля его тем самым на несколько частей. Известно, что насекомые наиболее активны на расстоянии ок. 50 м от места их постоянного убежища22.
Следствие: располагая такие полосы через 100 м, можно было бы добиться полного покрытия территории (рис. 4) полезными насекомыми. Было бы большой ошибкой (не использованной возможностью) засевать края поля многолетними травами только для того, чтобы скашивать их каждый раз после получения мало-мальски видимых отростков….
Очень простым шагом для фермеров, которые хотели бы внедрить в своих хозяйствах экологические методы хозяйствования, было бы создание цветущих полос на краях поля и внутри посевов. Экономический эффект от восстановления почвы, опыления и др. с лихвой превышает все условно калькулируемые потери от якобы недобора урожая вследствие не использования этой площади в непосредственно земледельческом обороте.
Заключение
Концепция «Эффективности, замещения и изменения» создает удобные рамочные условия для перестройки системы хозяйствования с целью оздоровления почвы и устойчивого развития экосистем. Повысить эффективность используемых внешних ресурсов или полностью заменить их на экологические – это важные шаги, способствующие в т.ч. и экономическому «оздоровлению» Вашего предприятия.
Внедрение стратегий, основанных на видовом многообразии, начинается на поле – такими методами, как промежуточные или покровные посевы, подсев многолетних трав, аграрное использование лесного хозяйства или свободный выпас скота. Сюда можно отнести и создание древесно-кустарниковых насаждений, цветущих полос либо зон многолетних трав непосредственно в поле.
На пути от униформированности к видовому разнообразию изменение системы хозяйствования является очень важным шагом к действенной экологической реинтеграции Вашего предприятия. Ведь только через изменение можно прийти к обновлению.
Прочтите здесь другую статью Джоэла Вильямса на тему «Микробиологическая активность и ее роль в повышении содержания органического веществ в почве».
Литература
- Agricultural diversification promotes biodiversity and multiple ecosystem services without compromising yield. (2019). doi: 10.1126/sciadv.aba1715.
- groecology: The science of natural resource management for poor farmers in marginal environments. (2002). doi: 10.1016/S0167-8809(02)00085-3.
- Plant Diversity, Soil Microbial Communities, and Ecosystem Function: Are There Any Links? (2003). doi: 10.1890/02-0433.
- Meta-analysis shows positive effects of plant diversity on microbial biomass and respiration.(2019). doi: 10.1038/s41467-019-09258-y.
- Root biomass and exudates link plant diversity with soil bacterial and fungal biomass. (2017). doi: 10.1038/srep44641.
- Glomalin Production and Infectivity of Arbuscular-Mycorrhizal Fungi in Response to Grassland Plant Diversity. (2014). doi: 10.4236/ajps.2014.51013.
- Arbuscular mycorrhizal fungi respond to increasing plant diversity. (2002). doi: 10.1139/b01-138.
- Plant diversity and root traits benefit physical properties key to soil function in grasslands. (2016). doi: 10.1111/ele.12652.
- Crop diversity facilitates soil aggregation in relation to soil microbial community composition driven by intercropping. doi:10.1007/s11104-018-03924-8.
- Yield of binary- and multi-species swards relative to single-species swards in intensive silage systems. (2020). doi: 10.2478/ijafr-2020-0002.
- Species interactions enhance root allocation, microbial diversity and P acquisition in intercropped wheat and soybean under P deficiency. (2017). doi: 10.1016/j.apsoil.2017.08.011.
- Intercropping enhances soil carbon and nitrogen. (2015). doi: 10.1111/gcb.12738
- Mixed Cropping and Suppression of Soilborne Diseases. (2010). doi:10.1007/978-90-481-8741-6_5.
- Designing intercrops for high yield, yield stability and efficient use of resources: Are there principles? (2020). doi: 10.1016/bs.agron.2019.10.002.
- Higher plant diversity promotes higher diversity of fungal pathogens, while it decreases pathogen infection per plant. (2014). doi: 10.1890/13-2317.1.
- Can legume companion plants control weeds without decreasing crop yield? A meta-analysis. (2017). doi: 10.1016/J.FCR.2017.01.010.
- Effects of plant diversity on soil carbon in diverse ecosystems: a global meta-analysis. (2020). doi: 10.1111/brv.12554.
- Soil carbon sequestration accelerated by restoration of grassland biodiversity. (2019). doi: 10.1038/s41467-019-08636-w.
- Integration of Crop and Livestock Production in Temperate Regions to Improve Agroecosystem Functioning, Ecosystem Services, and Human Nutrition and Health. (2019). doi:10.1016/b978-0-12-811050-8.00015-7.
- Organic amendments increase crop yields by improving microbe-mediated soil functioning of agroecosystems: A meta-analysis. (2018). doi: 10.1016/j.soilbio.2018.06.002.
- Temperate agroforestry systems provide greater pollination service than monoculture. (2020). doi: 10.1016/j.agee.2020.107031.
- Wildlife-friendly farming increases crop yield: Evidence for ecological intensification. (2015). doi: 10.1098/rspb.2015.1740.