Home » Випуск № 20 2020 » Внутри предприятия » Пути к оздоровлению почвы (Джоэл Вильямс)

Пути к оздоровлению почвы

от Джоэла Вильямса

Почвенная тематика сейчас очень популярна в дискуссиях не только узких экспертов и специалистов. Даже настолько популярна, что складывается впечатление, будто мы снова возвращаемся в эпоху эко-активистов, к истокам движения за органическое производство и био-продукты. Земледельцы во всем мире активно обсуждают проблемы сохранения и оздоровления их основного средства производства – почвы.

Но почва не только бесценна, но и ранима. Статистические данные о масштабах почвенной эрозии и деградации со всего мира, мягко говоря, вызывают тревогу. Здоровье наших почв нужно восстанавливать. Чтобы защищать почву, нужно  научиться понимать ее внутренние взаимосвязи. Для этого есть много способов – от ультра-современной измерительной техники до интуитивного чувствования состояния почвы органами осязания человека с использованием только ручного ретро-инструмента.

Здоровье почвы: поиск компромиссов

Где бы я ни был, я отмечаю, что темы состояния почвы и ее здоровья объединяют фермеров настолько сильно,как ничто другое. Тенденцией новейшей истории является поиск компромисса между традиционными способами ведения хозяйства, где превалировала экономическая составляющая, и биологическими. Эти системы земледелия накладываются друг на друга и растворяются одна в другой – но не только! Они также трансформируются в большое разнообразие «гибридных», т.е. смешанных, систем земледелия, как бы их ни называли ученые и эксперты.
Эти системы отличаются гибкостью, приспосабливаемостью и динамикой, позволяющими их использовать в очень широком диапазоне разнообразия почв, климата и окружающих условий. Они основываются на законах природы и не поддаются унификации. Ими нельзя заниматься «по рецепту» или «предписанию свыше», не учитывающими конкретную ситуацию в определенном месте и в данный момент времени. Аграрная экология, системный менеджмент, органическое или консервирующее земледелие – все эти концепции основаны на сфокуссированности всех действий агрария на почве, как центральном и фундаментальном элементе земледелия. Они – своего рода «плавильный котел» для новых идей, новшеств, инноваций и их практического внедрения. 

Персона: Джоэл Вильямс

Я очень рад представившейся возможности написать несколько статей для terraHORSCH. Я – независимый аграрный консультант по почвоведению и растениеводству, и специализируюсь на биологии почв, минеральном питании растений и комплексном подходе к производству продуктов питания.
Значительная часть моей работы – это аграрный консалтинг, и я уже посетил многие страны мира, делая доклады на разных отраслевых форумах, и посещая клиентов. В основном я работаю в Европе, Австралии, откуда я родом, и Канаде, где я сейчас живу. Высшее аграрное образование я получил на родине, где затем работал консультантом по минеральному питанию растений и органическим удобрениям.
После переезда в Великобританию я консультировал клиентов во многих странах Европы. Здесь я делаю акцент на биологии почв, исследую принципы регенерирующего земледелия и создаю экосистемы. Сегодня я стремлюсь представить фермерам комплексное видение проблем с целью оздоровления почв, получения здорового урожая и производства здоровых продуктов питания.

Запланированное разнообразие

Другой общностью и особенностью этих гибридных систем является направленность за пределы непосредственного производства продуктов питания, как такового. Действительно, способы возделывания культур имеют не только земледельческие последствия. А главное – производство продуктов питания и создание автономных экосистем не должны быть взаимоисключающими, а целеполагающими. И это нужно учитывать при планировании стратегии.
В этой связи будет неправильно сужать дискуссию до досужего сравнения, какой способ производства лучше, а вести с осознанием аксиомы, что любое разнообразие, как часть множественного выбора – это основа для совершенствования системы. На рис.1. эта концепция показана графически: не важно, где располагается система производства (сторона треугольника) – ключом к успеху является способность системы интегрировать как можно больше разнообразия (вершина треугольника). На практике,  это могут быть посевы сидератов, применение промежуточных или смешанных посевов, использование лесополос, балок, оврагов и других непродуктивных участков как ареалов дикой природы. В последней части этой статьи мы еще вернемся к более детальному рассмотрению этой концепции.

Input-оптимизация

С чего начать? Важнейшим первым шагом на пути обретения почвенного здоровья – это повышение эффективности вносимых ресурсов, руководствуясь известной формулой «лучше меньше, да лучше». И это имеет массу преимуществ! Во-первых, меньший расход удобрений и СЗР – это, несомненно, самый прямой путь к снижению производственных издержек. Во-вторых,  это положительный экологический аспект [2]. Данные более, чем 800 опытов на зерновых культурах показывают, что только 51% внесенного традиционными способами азота (N) усваиваются растениями [3].
Несмотря на то, что фосфор (P) не настолько подвижен, как N, он очень активно вступает в реакции замещения с почвенным раствором в ходе ионно-катионного обмена почвенного-поглощающего комплекса (ППК). И поэтому далеко не редкость, что до 80% внесенного фосфора уже в скором времени будут превращены в недоступные для усвоения корнями растений формы [4]. Эффективность усвоения фосфора на практике в большинстве случаев не превышает 10-15% [5].

Существует множество разных стратегий, при помощи которых земледельцы могут повысить эффективность использования удобрений. Я сегодня остановлюсь на четырех из них:

  • Комплексное минеральное питание растений
  • Удобрение с учетом баланса углерода
  • Обработка семенного материала
  • Питательные растворы для некорневых подкормок

Конечно, каждое хозяйство – вне зависимости от того, является ли экологический аспект приоритетным для него, или нет – должно заботиться о повышении эффективности использования удобрений. Поэтому все указанные выше стратегии универсально применимы для любых систем производства.
Первая стратегия - комплексное минеральное питание растений - нацелена на комбинирование всех возможных способов обеспечения потребностей растения в элементах питания с целью роста продуктивности. Она может включать использование минеральных удобрений, органических добавок, биостимуляторов, побочных продуктов и отходов, зеленых удобрений, промежуточных культур и смешанных посевов (особенно овощей) [6].
Комплексное минеральное питание растений значит, что все вносимые виды удобрений, их нормы и сроки внесения соответствуют потребностям растения в данный момент времени и контролируется посредством почвенного анализа и листовой диагностики. Здесь важно – тонко отрегулировать норму и сроки внесения, чтобы максимально предотвратить неэффективное расходование ресурсов.
Методики подкормок на основе углеродного баланса подразумевают внесение  элементов питания с учетом содержания углерода (С), как правило, в удобрениях и СЗР. Известный почвовед Раттан Лаль (Rattan Lal) из Carbon Management and Sequestration Center университета Огайо сформулировал тезис, что NPK-революцию, на самом деле, корректнее именовать как CNPK-революцию. Ведь углерод, вне всякого сомнения, играет огромнейшую роль в формировании почвенного плодородия.
Классическим примером практического применения этой методики может служить внесение минерального удобрения вместе с органикой. Другими источниками вносимого углерода могут быть меласса, гуминовые и фульвокислоты, экстракты морских водорослей, аминокислоты, рыбная мука и различные растительные экстракты [7]. Все эти препараты можно растворять в воде и вносить растворы либо аппликаторами непосредственно внутрь почвы, либо опрыскивателями в виде некорневых подкормок. Возможна также предварительная стационарная обработка гранулированного удобрения с последующим внесением в сухом виде, либо использование сложных формул комплексных удобрений [8,9].

Третья методика – обработка семенного материала – является очень эффективной, т.к. позволяет максимально эффективно использовать микродозы удобрений, размещая их непосредственно на семенной оболочке. Усвоение элементов питания в данном случае в разы превышает их усвоение корнями растений из почвы. Есть много научных работ с подробными описаниями  опытов на эту тему [10,11].
В последние годы отчетливо просматривается тенденция к сознательному использованию фермерами органического удобрения и биостимуляторов с целью активизации жизнедеятельности почвенных микроорганизмов, в частности, клубеньковых бактерий. Сюда можно отнести использование различных компостов, экстрактов продуктов жизнедеятельности дождевых червей, специальные микробиологические прививки (например, штаммами микоризы и азотфиксирующих бактерий), а также различные микробиологические препараты и их смеси. Биостимуляторы содержатся в мелассе, морских водорослях, входят в состав гуминовых кислот. 

Внекорневые или листовые подкормки показали себя на практике гораздо эффективнее, чем внесение элементов питания в почву, где значительная часть из них растворяется, вымывается, или улетучивается [12]. Листовая аппликация, напротив, позволяет избежать вступления элементов питания в реакции замещения, обеспечивая тем самым удовлетворение потребностей растений, а не выравнивание почвенных дисбалансов. Однако есть некоторые ограничения, которые необходимо учитывать, чтобы обработки «по листу» были успешными. 

Адресность=эффективность листовой аппликации

На эффективность листовых подкормок влияют много разных факторов, которые необходимо учитывать фермеру и агроному. Эта тема настолько обширная, что заслуживает отдельного рассмотрения. В этой статье я сформулирую только ключевой момент для ее понимания: все вещества и препараты могут усваиваться листом только двумя способами: через устьица или посредством микропор в кутикуле. Знание деталей этих процессов поможет в планировании и успешном проведении обработок.
Большая часть активных устьиц располагается на нижней (оборотной) части листа. Это объясняется тем, что верхняя часть горизонтально-расположенного листа, как правило, лучше освещена, и меньшее количество устьиц в ней препятствует избыточному испарению воды. Микропоры в кутикуле находятся на обеих сторонах листа. Поэтому очень важно, чтобы раствор попадал на обе стороны листа – это увеличивает площадь усвоения вещества двумя названными способами. И устьица, и микропоры больше открываются по мере повышения влажности воздуха, поэтому обработки предпочтительнее проводить в ранние утренние либо вечерние часы [13]. (см. рис.2).
Следует избегать проведения обработок днем и при высокой температуре воздуха. Если в условиях крупных агропредприятий это не всегда возможно, рекомендовано в оптимальное время обрабатывать те участки, которые развиты слабее.
Что касается свойств и состава рабочего раствора, необходимо учитывать такие факторы, как растворимость, хелатность и концентрация ДВ, pH раствора и его липкость:

  • Растворимость: для оптимального проникновения сквозь листовую пластину препараты должны быть водорастворимыми.
  • Хелатность: т.е. способность молекул к ионному обмену и образованию сложных минеральных компонентов. Это улучшает их способность к проникновению внутрь листа и предотвращает образование непродуктивных соединений. Меласса, фульво- и аминокислоты, а также экстракты морских водорослей удовлетворяют этим требованиям.
  • Концентрация элементов питания: при низкой концентрации рабочего раствора усваивание препаратов растением происходит очень медленно. Электропроводность раствора для листовых обработок должна быть в пределах 1,5 - 3 мкСм/см (mS/cm).
  • pH раствора: в идеале pH=6, независимо от типа препарата. Слишком жесткую воду (высокий pH) необходимо смягчать специальными добавками.
  • Липкость раствора: специальные добавки («прилипатели») улучшают сцепление ДВ с листовой поверхностью и увеличивают время для усвоения препарата растением.

Тщательный подход к выбору препаратов для баковых смесей и времени проведения обработок позволит существенно увеличить эффективность листовых подкормок. Понимание принципов действия и взаимодействия различных релевантных факторов  - это фундамент для построения успешной стратегии.

Что дальше?

Повышение эффективности использования удобрений, а соответственно, и общее уменьшение вносимого объема – это отличное начало для перестройки с целью оздоровления почвы. Здесь есть не только экологические, но и экономические преимущества: освободившееся уже на этом этапе ресурсы можно использовать для замены химических удобрений и СЗР на био-аналоги.
Например, азотные удобрения можно заменить азотфиксирующими бактериями, фунгициды – растительными экстрактами и т.д. Сегодня есть огромное разнообразие био-аналогов традиционных препаратов, в следующем докладе (в онлайн-формате) я  расскажу о них подробнее. В третьей серии (тоже онлайн) я расскажу о процессах воспроизводства почвой органического вещества.
В последние годы наблюдается растущий интерес ко всем обозначенным выше темам, проводится много разных исследований на темы органического земледелия. У них есть одна главная общая черта - во многом, это ломка сложившихся стереотипов. Однако я убежден, что правда зачастую находится где-то посередине, а оптимальное решение – это, как правило, компромисс.
В четвертой части (будет снова опубликована в terraHORSCH) я расскажу о перестройке системы производства путем интеграции биологического разнообразия и экологического обоснования процессов. Мы детально рассмотрим преимущества удлинения севооборотов, создания заградительных лесополос, использования части посевных площадей под пастбища, а неугодий и труднообрабатываемых участков  - для создания природных ареалов. А главное - я постараюсь использовать предоставленную мне возможность, чтобы показать, что пути оздоровления почвы могут быть разными, но цель у них одна: здоровая почва = здоровый урожай = здоровый человек.

Здесь Вы найдете более детальную информацию на темы исследования почвы и почвенной активности.

Литература:

  1. Organic and Conventional Agriculture: A Useful Framing? (2017). doi: 10.1146/annurev-environ-110615-085750
  2. Reducing pesticide use while preserving crop productivity and profitability on arable farms. (2017). doi: 10.1038/nplants.2017.8
  3. Recent Developments of Fertilizer Production and Use to Improve Nutrient Efficiency and Minimize Environmental Impacts. (2009). doi: 10.1016/S0065-2113(09)01008-6
  4. Phosphorus activators contribute to legacy phosphorus availability in agricultural soils: A review. (2018). doi: 10.1016/j.scitotenv.2017.08.095
  5. Phosphorus cycling in UK agriculture and implications for phosphorus loss from soil. (2006). doi: 10.1111/j.1475-2743.2001.tb00020.x
  6. Integrated nutrient management (INM) for sustaining crop productivity and reducing environmental impact: A review. (2015). doi: 10.1016/j.scitotenv.2014.12.101
  7. The Use of Biostimulants for Enhancing Nutrient Uptake. (2015). doi: 10.1016/bs.agron.2014.10.001
  8. A slow release brown coal-urea fertiliser reduced gaseous N loss from soil and increased silver beet yield and N uptake. (2019). doi: 10.1016/j.scitotenv.2018.08.145
  9. Nitrogen Dynamics in Soil Fertilized with Slow Release Brown Coal-Urea Fertilizers. (2018). doi: 10.1038/s41598-018-32787-3
  10. Micronutrient application through seed treatments - a review. (2012). doi: 10.4067/S0718-95162012000100011
  11. Seed treatments for sustainable agriculture-A review. (2015). doi: 10.31018/jans.v7i1.641
  12. Foliar fertilization of crop plants. (2009). doi: 10.1080/01904160902872826
  13. Uptake and Release of Elements by Leaves and Other Aerial Plant Parts. (2011). doi:10.1016/B978-0-12-384905-2.00004-2