ЩО ДАЮТЬ покривних культур
ДЛЯ грунтозахисних ЗЕМЛЕРОБСТВА
Василь Дрінча. д. т. н. проф. агроінженерного центру
Процес деградації грунту, що спостерігається в багатьох регіонах світу, набуває загрозливого розмаху і виходить за межі контролю. Деградація грунту - одна з найбільш головних проблем в сільськогосподарському виробництві.
За даними ФАО, в світі 1 214 млн га земель деградовані. Основні фактори деградації такі: водна ерозія - 61,6%, вітрова ерозія - 23,1%, хімічна деградація - 12,1% і фізична деградація - 3,2%.
Водна ерозія найбільш небезпечна на відкритих горбистих територіях з високим рівнем опадів. Вітрова ерозія домінує в умовах сухого клімату і відсутності рослинності на полях. Застосування машинних технологій виробництва в багатьох випадках також призводить до деградації грунту (хімічної і фізичної). Застосування недосконалих технологій виробництва - один з основних чинників деградації ґрунту.
Конфлікт між землеробством і тваринництвом, системами землекористування, трудозатратами, технологіями і ринком змушує багато країн звернутися до стійким грунтозахисних систем землеробства.
При розвитку почвозащитного землеробства фахівці і керівники господарств усвідомлюють важливість таких процесів, як посів ПК, збереження пожнивних залишків з використанням сівозмін, посів в міжряддях і безорної землеробство. Пошук технологій, інтегруючих ці процеси, призвів до мінімальної і нульової обробки грунту, які останнім часом все більш широко застосовуються у всьому світі (рис. 1).
Одним з найбільш ефективних прийомів зниження деградації ґрунту є обробіток покривних культур (ПК) в сівозмінах мінімального обробітку ґрунту з метою створення бар'єру, що запобігає в першу чергу її ерозію. Крім того, ПК можуть підвищувати якість грунту за рахунок збільшення в ній органічної речовини і поживних речовин, підвищення стабільності, зменшення вилуговування.
ПК також висівають для створення рослинного покриву, живого мульчування, зелених добрив, а також для обробітку культур, що пригнічують бур'яни, отримання корму для тварин або продуктів харчування. ПК бувають однорічними і багаторічними, включаючи бобові культури, злакові та ін.
Переваги застосування ПК.
Ерозія грунту відбувається найбільш часто на полях, не зайнятих рослинністю (рис. 2).
Мал. 2. Вплив ступеня покриття грунту
рослинністю на її ерозійні втрати
ПК можуть захищати поле від ерозії в період відсутності основної культури. Рослинні залишки захищають грунт від дощових крапель, які в разі падіння на голу грунт руйнують грунтові частинки і роблять їх ерозійно-небезпечними. Поверхневі стоки сповільнюються покривними культурами, що покращує інфільтрацію вологи.
Грунтозахисні функції виконує не тільки рослинна частина ПК, але також їх коренева система. Крім того, ПК зменшують вимивання поживних речовин і пестицидів, а також потрапляння їх в грунтові води. ПК можуть забезпечити більш ранній доступ машинно-тракторних агрегатів до весняних польових робіт за рахунок збільшення несучої здатності поораної грунту і поліпшення тягових властивостей машинних рушіїв.
Збільшення органічної речовини в грунті підвищує якість її обробки і продуктивність.
У процесі розкладання органічної речовини і рослинних залишків у грунті утворюються склади, що цементують грунтові частинки в агрегати, що покращує структуру і оброблюваність грунту. Агрегати сприяють поліпшенню повітропроникності, аерації, водної інфільтрації, водозатримуючих здатності, полегшують схожість і ріст коренів рослин.
Фіксація атмосферного азоту. Бобові рослини в сукупності з певними бактеріями мають здатність витягувати азот з атмосфери і накопичувати його в рослині. Рослини використовують отриманий азот для освіти протеїну і інших компонентів. Залишки азотофиксирующих рослин після розкладання в поле утворюють азот та інші поживні речовини, які можуть бути використані наступними культурами. За рекомендацією служб поширення знань Вісконсинського університету (США) неприбрана маса конюшини червоної може утворювати, залежно від густоти стояння рослин, 56-90 кг / га азоту для подальшої культури, наприклад кукурудзи. Це кількість азоту визначено з урахуванням біомаси рослини і його кореневої системи (рис. 3).
Мал. 3. Розподіл азоту в рослинній і кореневої частини біомаси конюшини червоної
Чим більше біомаса, тим більше азоту утворює рослина природним чином, а отже, і тим менше буде потрібно вносити його під подальшу культуру. Для червоної конюшини відношення вуглецю рослини до азоту (С: N) знаходиться в межах від 11: 1 до 17: 1 і є досить малим для швидкого розкладання рослинних залишків, в процесі якого утворюється доступний для рослин грунтовий азот. Дані Вісконсинського університету (Rock County. Kelvin Shelly) показують, що близько 70% від загальної маси утвореного азоту є для рослин в перший рік, після вирощування червоної конюшини. Інтенсивне виділення азоту відбувається в період максимального поглинання його кукурудзою (рис. 4).
Розміри симбиотической азотфіксації залежать від багатьох чинників: від типу і віку рослин, щільності стояння, способу обробки грунту, але основний фактор - це вид рослини.
Найбільших розмірів азотофіксації (до 500 кг / га) досягає при вирощуванні люцерни, особливо в південних помірно зволожених регіонах. Високої азотфіксуючою здатністю відрізняються люцерна і багаторічний люпин. Найменша кількість азоту фіксують однорічні бобові культури, такі як горох, вика, серадела, соя.
З точки зору управління доступність поживних речовин може в деякій мірі залежати від якості, кількості, розташування і часу розкладання залишків ПК.
Реціркулірованіе і накопичення невикористаних поживних речовин. Невикористаний грунтовий азот, що залишився в грунті, в кінці вирощуваного сезону має тенденцію до вилуговування протягом осені, зими і весни і може потрапляти в грунтові води. Деякі ПК мають властивість реціркулірованія або накопичення зайвих поживних речовин. Зазвичай ці культури повинні переносити відносно холодні умови для продовження зростання після збирання основних культур.
Після розкладання ПК або збирання її на корм в грунті утворюється азот, який буде повторно використаний наступним культурами.
Вилуговування грунту є однією з найбільших екологічних проблем XXI століття тому призводить до величезних і часто непоправних втрат поживних речовин. На вилуговування грунту впливає ряд факторів, причому технології обробітку с.-г. культур можуть чинити на неї вирішальний вплив (рис. 5).
Мал. 5. Вплив покривних культур і способів обробітку грунту на вилуговування
при обробленні кукурудзи (монокультура, щорічне внесення азотних добрив - 147 кг / га)
З графіка (рис. 5) видно, що як при традиційній (із застосуванням плужной обробки), так і при мінімальній обробці без обробітку ПК забруднення грунтових вод нітратами, а отже, і втрати поживних речовин неминучі. Протягом ряду років після використання озимого жита як ПК вилуговування практично було припинено.
Мал. 6. Фактори і втрати при вилуговуванні
На процеси вилуговування впливає ряд взаємопов'язаних факторів не тільки різної природи, але мають і різну тривалість у часі (рис. 6). При цьому ці фактори є важкокерованими і важкоконтрольованих. Застосування ПК в сівозмінах мінімального обробітку ґрунту є одним з головних прийомів, які зменшують процеси вилуговування.
Основними позитивними аспектами застосування ПК є:
- захист грунту та зменшення грунтової ерозії (водної та вітрової);
- використання живого мульчування як грунтового покриву, який може служити фізичним бар'єром, переважною сходи насіння бур'янів і їх зростання;
- пригнічення росту деяких бур'янів шляхом конкуренції ПК з ними за світло, вологу, поживні речовини і простір;
- поліпшення водоутримуючої здатності і водної інфільтрації грунту;
- зменшення температури грунту і її захист від температурних коливань;
- поліпшення циркуляції поживних речовин;
- збільшення грунтового азоту за рахунок фіксації атмосферного азоту (бобові);
- збільшення кількості грунтових черв'яків, комах і мікроорганізмів, які можуть підвищити якість грунту і її поживність за рахунок прискорення розкладання органічної речовини і рослинних залишків (грунтові черви збільшують інфільтрацію і структуру ґрунту);
- потужні кореневі системи деяких ПК є свого роду «біологічним плугом» і руйнують підорний, ущільнені шари грунту, сприяють розвитку ґрунтових організмів;
- поліпшення фізичних властивостей грунту (агрегація ґрунтових частинок, інфільтрація, пористість, яка проникає здатність і ін.);
- сівозміни з застосуванням різних видів ПК забезпечують баланс грунту і сприяють зменшенню проблем з комахами-шкідниками та хворобами (грунт і культури);
- додавання органічних залишків ПК сприяє збільшенню вмісту в грунті органічної речовини;
- зменшення втрат поживних речовин і вилуговування грунту;
- забезпечення хороших умов для вбирання води і поживних речовин рослинами.
Негативні аспекти застосування ПК:
- будуть потрібні додаткові кошти для посіву ПК, що включають вартість насіння, а також праця і час для їх посіву;
- взаємодія з основною культурою, при безконтрольному вирощуванні ПК можуть проявляти властивості бур'янів і конкурувати з основною культурою за світло, вологу, поживні речовини і простір;
- в посушливий сезон ПК можуть відібрати цінну вологу у основної культури, в інший період вони також можуть поглинути основну кількість азоту у основної культури при неправильному управлінні ними;
- для більшості сівозмін з ПК рекомендується використання стартової дози азотних добрив в процесі посіву основної культури, що компенсує поглинання азоту ПК на початку їх росту;
- проблеми, пов'язані з шкідниками і хворобами ПК, так само як і поля, зарослі бур'янами, можуть служити притулком для комах, хвороб і нематод, які можуть негативно впливати не тільки на ПК, але і на наступні оброблювані культури.
Врахування позитивних і негативних аспектів ПК дозволяє оптимізувати їх вирощування поряд з основними культурами.
Найкращим способом досягнення стійкості і збереження родючості ґрунту є принцип збереження грунтової структури і регулярне додавання в верхній шар грунту органічного вуглецю, в тому числі обробітком ПК. За даними деяких досліджень (рис. 7), застосування ПК в сукупності з компостами супроводжується позитивним синергетическим ефектом.
В останні час в ЄС, а також в ряді інших країн для посіву насіння ПК все більш широке застосування знаходить спосіб поєднання розкидного посіву з однією з операцій обробки грунту (Till - Seeding concept) (рис. 8).
Мал. 8. Способи посіву ПК при поєднанні операцій: а) підсівши насіння в кукурудзу при культивуванні; б) посів пожнивної ПК
Посів ПК при поєднанні операцій з обробки грунту дозволяє:
- зменшити витрату грошей при посіві;
- скоротити кількість культивацій;
- зменшити знос машин;
- знизити витрату палива;
- зменшити витрати праці в пікові періоди сезону;
- провести більш ранній, пожнивної посів;
- виконати посів в більш оптимальні строки;
- зберегти більше вологи;
- підвищити щільність стояння рослин;
- зменшити норми висіву;
- зменшити потребу в додатковому внесенні азотних добрив;
- поліпшити умови росту рослин і підвищити врожайність.
Таким чином, застосування покривних культур стимулює важливі зміни у властивостях ґрунту. Правильне застосування сівозміни з покривними культурами протягом декількох років позитивно позначається на властивостях ґрунту (фізичних, хімічних і біологічних).
Перед вибором ПК слід вивчити системи виробництва рослинницької продукції. При виборі ПК важливими їх властивостями є: тривалість життєвого циклу, норми висіву, зимостійкість, азотофіксації, здатність накопичувати поживні речовини, продуктова і кормова цінність, а також вартість посіву. Звичайно, не існує якої-небудь однієї покривної культури, що задовольняє всім цим властивостям.
Рекомендується почати адаптацію ПК на невеликій ділянці, намагаючись зрозуміти і простежити інтеграцію всіх компонентів, включених в конкретні системи землеробства. Першим кроком до цього має стати пошук можливості максимального покриву грунту протягом усього року. Сюди входить і правильне використання пожнивних залишків, відмова від спалювання рослинних залишків (культур і бур'янів), а також підбір відповідних покривних культур (місцевих і екзотичних) для сівозмін, куди також потрібно включати харчові і товарні культури. Крім того, необхідно враховувати час для вирощування покривної культури і період вегетації відповідно до агроекологічними зонами і грунтово-кліматичними умовами, щоб забезпечити найкраще вплив на ґрунт і на наступні культури.
При застосуванні ПК збільшуються популяції ґрунтових макро- і мікроорганізмів в порівнянні з традиційною грунтообробної системою. Рослинні залишки в даному випадку сприяють поліпшенню грунтової структури, збільшуючи стабільність ґрунтових агрегатів у воді (цементуюче дію органічних речовин, полісахаридів, гифов і грибків), збільшуючи водоутримуючу здатність грунту, підвищуючи рівень інфільтрації, забезпечуючи велику пористість грунту, сприяючи грунтової аерації і зменшення випаровування завдяки мульчують шару на поверхні грунту.
Кожне господарство повинно розробити прийнятну для себе систему почвозащитного землеробства в залежності від місця розташування - агроекологічної зони, топографічних особливостей рельєфу, висоти над рівнем моря і складу грунту (хімічних, фізичних і біологічних властивостей).