Почвенный углерод: скрытый потенциал в технологии прямого посева

Усиливающийся парниковый эффект, вызванный выбросами большого количества парниковых газов в атмосферу Земли, на сегодняшний день является важнейшей проблемой для всего человечества. По данным ФАО, сельское хозяйство является одним из основных факторов по усилению парникового эффекта на планете – на него приходится около 30% всех выбросов парниковых газов, вызванных хозяйственной деятельностью человека.

Внедрение устойчивых методов ведения сельского хозяйства, направленных на снижение выбросов парниковых газов и депонирование почвенного углерода в растениеводстве, таких как прямой посев, может стать одним из наиболее выгодных способов остановки глобального потепления.

Почва – главный ресурс

Качество почвы является фундаментальной основой, определяющей качество окружающей среды. Здоровье почвы определяется во многом содержанием в ней органического вещества, которое является динамической структурой и в свою очередь зависит от агротехнологических приемов и действий, осуществляемых на данной почве в результате сельскохозяйственной деятельности. Проще говоря, от того, что происходит с почвой в рамках той или иной технологии, зависит ее состав, структура, и, как, следствие, плодородие.

Сокращение выбросов от сельхозмашин

Как известно, для любых сельскохозяйственных операций нужна энергия. Современное интенсивное сельское хозяйство требует намного больше энергии, чем традиционное земледелие, т.к. оно больше полагается на использование ископаемых видов горючего для обработки почвы, перевозки и сушки зерна, внесения удобрений и СЗР и т.д. Как показывает практика, именно обработка почвы и уборка урожая требуют наибольшего количества горючего в растениеводстве.
В данном аспекте большой интерес для практиков представляет технология прямого посева. Данная технология имеет самые высокие темпы распространения и внедрения в растениеводстве по всему миру.
По данным ФАО, по технологии прямого посева в мире возделывается более 125 млн га. Лидерами в применении прямого посева являются Бразилия, Аргентина, Австралия, США и Канада. Сегодня эти страны — ведущие экспортеры сельскохозяйственной продукции в мире. Сотни тысяч крупных и средних сельхозпредприятий и миллионы практикующих фермеров по всему миру отмечают существенные экономические (экономия на инвестициях, сокращение расхода топлива, стабилизация урожайности, повышения качества продукции и доходности производства в целом) и экологические (сокращение эрозии и деградации почвы, повышение плодородия почвы, рост биоразнообразия, сохранение природных ресурсов) преимущества прямого посева.
Американский ученый У. Фрай еще в 80-е годы обнаружил, что потребность в горючем на no-till и минимальной обработке были 55 и 78% соответственно, от количества горючего, используемого в традиционных системах, включавших использование отвального плуга. В плане углерода, экономия 23 кг углерода на га в год в затратах энергии происходило благодаря переходу от традиционного земледелия к no-till.
Принимая во внимание, что в США обрабатывается 186 млн. га, это приводит к экономии 4,3 метрических тонн в углеродном эквиваленте в год. В середине 90-х годов был опубликован доклад нескольких американских ученых, в котором было посчитало, что перевод 76% посевных земель в США на почвозащитное земледелие (включающее технологии прямого, полосового и мульчированного посева), позволил бы удерживать в почве от 286-468 метрических тонн в углеродном эквиваленте в течение 30 лет. В случае реализации данного сценария, сельское хозяйство США могло бы стать мощным накопителем углерода.
Технологии, на которые требуется меньшее количество затрат энергии, например, прямой посев по сравнению с традиционной обычно приводит к снижению потребности в горючем и последующему снижению выбросов СО2 в атмосферу на единицу обрабатываемой площади.
В начале 2000-х годов был проведен полный анализ цикла углерода по сельскохозяйственным затратам, в результате чего была выведена оценка чистого притока С для различных типов культур при различных интенсивностях обработки почвы.
Полный цикл анализа углерода включает оценку потребления энергии и выброс С в основном по горючему, электричеству, пестицидам, орошению производству семян и оборудованию на ферме. Ученые подсчитали, что выбросы СО2 из-за использования сельскохозяйственных машин, занятых в полевых операциях на ферме, где проводились испытания, составляют для традиционного земледелия (с использованием отвального плуга), минимальной обработки и прямого посева 72, 45 и 23 кг/га соответственно. При этом общие значения выбросов углерода были использованы совместно с оценкой его удержания, чтобы смоделировать чистый поток С в атмосферу с течением времени. Основываясь на средних расходах при выращивании различных культур в США, исследователи выяснили, что no-till выделял меньше СО2 при рабочих операциях, чем традиционная обработка с показателями 137 и 168 кг С/га/год соответственно. Этот анализ доступных данных по сельскому хозяйству США говорит о том, что переход от традиционной обработки к прямому посеву приведет к удержанию углерода в почве и сокращению выбросов СО2 при использовании техники. Увеличение удержания С в почве будет продолжаться определенное время до достижения определенного баланса, при этом снижение потока СО2 в атмосферу благодаря уменьшению потребности в горючем может продолжаться неопределенное время до тех пор, пока используются данные технологии.

Удержание углерода в прямом посеве

Почвозащитное земледелие привлекает к себе пристальное внимание не только как альтернатива традиционной обработке почвы, но и в качестве способа удержания органического углерода в почве. Почвозащитное земледелие может работать в различных почвенно-климатических условиях и на разных культурах, является эффективным подходом с точки зрения экономии ресурсов и сокращения текущих и инвестиционных затрат, а также оптимизации использования рабочей силы. Очень важно, что методы, удерживающие органический углерод в почве, улучшают качество окружающей среды и являются предпосылками создания самовозобновляемой сельскохозяйственной системы. Механическая обработка или другие технологии, разрушающие органическое вещество, приводят к потере или снижению чистого органического углерода в почве.
Технологии обработки почвы особенно важны для поддержания необходимого уровня органического углерода в почве, т.к. они влияют на динамику органического углерода — напрямую и косвенно. Технологии обработки почвы, основанные на обороте пласта, в значительной мере разрушают почву, сокращают уровень органического углерода, увеличивая скорость декомпозиции и минерализации биомассы за счет увеличения аэрации и заделывания пожнивных остатков в почву, открывая ранее закрытый органический углерод в агрегатах почвы, а также увеличивая эрозию и деградацию почвы.
Применение минимальной обработки и, в большей степени, прямого посева, увеличивает уровень органического углерода в результате взаимодействия различных факторов: большое количество пожнивных остатков, минимизация разрушения почвы и отказ от оборота пласта, более высокий уровень влажности в почве, пониженная температура на поверхности почвы, разрастание корней и рост биологической активности, снижении эрозии и т.д.
В 1992 г. Э. Эллиот и К. Комбарделла заметили на суглинковой почве, что содержание органического углерода на глубине 0-20 см на полях под паром, по «минималке», под прямым посевом и на естественном пастбище составляло 3,1, 3,5, 3,7 и 4,2 кг/м2 соответственно. Они заметили, что технологии обработки почвы могут привести к потерям 40% или больше органического углерода в течение 60 лет.
Д. Эдвард, К. Вуд, Д. Триплоу и М. Руф в своей коллективной работезаметили, что переход от традиционной обработки к прямому посеву привел к увеличению уровня органического углерода на глубине 0-10 см от 10 г/кг до 15,5 г/кг за 10 лет (отмечен рост на 56%).
Р. Лай в коллективной исследовательской работе в 1998 г. писал, что «потенциал удержания органического углерода при переходе на почвозащитное земледелие варьирует в диапазоне от 0,1 до 0.5 тонн/га/год для регионов с влажными тропических условий». Далее ученые оценили, что увеличение органического углерода может продолжаться 25-50 лет, в зависимости от характеристик почвы, климатических условий и возделываемой культуры.
Сохранение углерода в почве не только способствует удержанию СО2 из атмосферы. При прямом посеве нет необходимости использования энергозатратной техники, а следовательно снижается потребление горючего, также сокращается эрозия почвы и увеличивается ее плодородие и влагоудерживающая способность. Полезное воздействие прямого посева на содержание органического углерода, однако, может нивелироваться, если почва будет обработана плугом, даже спустя длительное время его применения.
Н. Стокфиш и другие ученые сделали вывод, что стратификация и накопление органического вещества в результате долгосрочного использования минимальной обработки и прямого посева были полностью утрачены после единственного использования механической обработки с переворачиванием пласта почвы.
Механическая обработка ускоряет окисление углерода, ускоряет эрозию почвы, подвергая ее влиянию ветра и дождя. Этот результат был подтвержден в результате нескольких экспериментов, проведенных в Северной Америке, Бразилии и Аргентине.
Ряд исследователей отметил высокий потенциал удержания органического углерода на европейских почвах. При анализе 17 европейских экспериментов с обработкой почвы, было обнаружено, что среднее увеличение уровня органического углерода при переходе с традиционной обработки на прямой посев был 0,73 ±0,39% в год, а также то, что органический углерод может достичь нового баланса через приблизительно 50-100 лет.
Очень интересными в данном плане оказались долгосрочные эксперименты в Канаде. Так, Д. Думански, К. Тарнокай, Д. Монреаль и др. в 1998 г. выяснили, что органический углерод в почве можно удерживать в течение 25-30 лет на уровне 50-75 г С/м2/год, в зависимости от типа почвы. Акцент в канадских экспериментах в большей степени был сделан на севооборотах, а не способах обработки почвы, и учитывал нормы удержания С в зависимости от типа почвы.
Другие канадские учение – М. Францлубберс и А. Аршад провели исследование, согласно которому сделали вывод, что увеличение уровня органического углерода может быть маленьким или его практически может не быть первые 2-5 лет после смены технологии обработки (традиционной – на прямой посев – Прим. Ред.), затем идет большое увеличение через 5-10 лет.
К. Кэмпбелл сделал вывод, что системы севооборотов, включающих пшеницу в Канаде, достигнут баланса после перехода на прямой посев через 15-20 лет, при условии, что условия окружающей среды в среднем останутся на постоянном уровне. Различные уровни удержания С могут быть обусловлены частично за счет различных севооборотов и их диверсификации.
Концепция о том, что способность накапливать углерод имеет пределы, сейчас пересматривается. Это имеет большое значение для продуктивности почвы и потенциала ее использования для увеличения накопления углерода, сокращения выброса парниковых газов в атмосферу. Многие обрабатываемые и деградировавшие почвы могут быть потенциальными накопителями атмосферного СO2.
Дон С. Рейкоски, Департамент сельского хозяйства США, Служба исследований в области сельского хозяйства, Исследовательская лаборатория по защите почв Северо-Центрального региона, журнал «РЗ», №4, 2018

Продолжение следует

0 комментариев

Только зарегистрированные и авторизованные пользователи могут оставлять комментарии.