Влияние методов сохранения почв на долгосрочную устойчивость урожайности

Каковы методы сохранения почвы?

Методы сохранения почв охватывают широкий набор методов землепользования, предназначенных для предотвращения эрозии, поддержания плодородия и поддержания сельскохозяйственной производительности. Эти методы являются не просто реактивными мерами против деградации земель; они образуют проактивную основу для устойчивых систем земледелия. Поскольку глобальное сельское хозяйство сталкивается с растущим давлением изменения климата, роста населения и конечных пахотных земель, реализация эффективных стратегий сохранения почв становится критически важной для обеспечения долгосрочной продовольственной безопасности. Эти методы работают за счет минимизации нарушений почвы, защиты поверхности почвы, увеличения органического вещества и улучшения инфильтрации воды - все это способствует более здоровым, более продуктивным почвам.

Основные методы сохранения почвы

В основе современной системы охраны почв лежит несколько проверенных временем и научно обоснованных методов, каждая из которых направлена на решение конкретных проблем эрозии и здоровья почв, которые зачастую лучше всего работают в сочетании с интегрированной системой управления.

Контурное вспашку

Контурное вспашка включает в себя обработку и посадку по склону после его контуров возвышения, а не вверх и вниз по холму. Это простое выравнивание создает естественные хребты, которые замедляют сток воды, позволяя большему количеству влаги проникать в почву. За счет снижения скорости и объема поверхностного потока контурное вспашка может сократить потерю почвы на 30-50% на умеренных склонах по сравнению с обычной обработкой почвы вверх и вниз. Метод наиболее эффективен в сочетании с полосовым обрезом, где чередующиеся полосы рядовых культур и близко растущие культуры дополнительно улавливают осадок и питательные вещества.

терраса

На более крутой местности террасирование превращает длинные склоны в ряд ступеней уровня, каждая из которых поддерживается подпорной структурой, такой как каменные стены, земляные берега или растительность. Эти террасы перехватывают стоки, позволяя воде медленно проникать в почву, а не мчаться вниз по склону. Террасинг использовался в течение тысячелетий в таких регионах, как Юго-Восточная Азия и Анды, и современная инженерия улучшила его эффективность. Хорошо спроектированные террасные системы могут практически устранить эрозию листа и риля, сохранить верхний слой почвы и обеспечить культивирование на склонах холмов, которые в противном случае были бы нежизнеспособными. Однако террасирование требует значительных первоначальных инвестиций в строительство и обслуживание.

Покрыть посевы

Покровные культуры, такие как озимая рожь, малиновый клевер, волосатая ветча и горчица, высаживаются между циклами товарных культур для защиты поверхности почвы. Их живые корни удерживают почву на месте, очищают оставшиеся питательные вещества и улучшают органическое вещество почвы, когда биомасса включена или оставлена в виде мульчи. Покровные культуры также подавляют сорняки, нарушают циклы вредителей и обеспечивают среду обитания для полезных насекомых. Метаанализ 2023 года, опубликованный в журнале Сельскохозяйственные системы ] обнаружил, что покрытие обрезки увеличило последующие урожаи кукурузы в среднем на 3% и урожай сои на 5% при сокращении выщелачивания азота на 40% или более. Эта практика является краеугольным камнем природоохранного сельского хозяйства.

Сокращение посевной площади и безвозводное сельское хозяйство

Обычная обработка почвы измельчает структуру почвы, ускоряет разложение органических веществ и подвергает почву ветровой и водной эрозии. Уменьшенные системы обработки почвы, включая полосовую обработку, обработку гребня и без дождевой обработки, оставляют остатки сельскохозяйственных культур на поверхности и минимально беспокоят почву. Без дождевое земледелие, в частности, оставляет почву нетронутой, за исключением узкого участка, где размещаются семена. Долгосрочные исследования Службы сельскохозяйственных исследований Министерства сельского хозяйства США показывают, что системы без дождевой обработки могут увеличить органический углерод почвы на 0,2-0,5% в год в верхних 15 см, улучшить совокупную стабильность и уменьшить эрозию более чем на 90% по сравнению с вспашкой на доске. Утверждение неуклонно растет, причем дождевой дождевой метод в настоящее время используется на более чем 40% пахотных земель США.

Вращение и диверсификация культур

Вращающиеся культуры в разные сезоны и поля нарушают циклы болезней, улучшают цикличность питательных веществ и улучшают структуру почвы. Глубоководные культуры, такие как подсолнечник или люцерна, могут проникать в уплотненные слои, в то время как бобовые добавляют азот посредством биологической фиксации. Было показано, что разнообразные вращения, которые включают мелкие зерна, бобовые и покровные культуры, увеличивают микробную биомассу и активность почвы. Долгосрочное исследование в Калифорнийском университете в Дэвисе показало, что четырехлетний вращение, включая покровный урожай, уменьшило потребность в синтетическом азотном удобрении на 20-30% при сохранении урожайности, сопоставимой с непрерывными кукурузными системами.

Дополнительные практики сохранения

Помимо основных методов, несколько вспомогательных методов повышают эффективность усилий по сохранению почв.

• Буферные полосы и прибрежные зоны: Полосы многолетней растительности, посаженные вдоль краев полей, водных путей и рвов, фильтруют осадок, пестициды и питательные вещества, прежде чем они достигнут ручьев. Они также обеспечивают критические коридоры дикой природы и поглотители углерода.
• Ветровые разломы и пояса укрытия:] Пояса деревьев или кустарников, расположенные перпендикулярно преобладающим ветрам, снижают скорость ветра на поверхности почвы, предотвращая ветровую эрозию и защищая посевы от высыхания. В Великих равнинах, как было показано, ветровые разломы уменьшают ветровую эрозию на 50-75%.
• Агролесоводство: Интеграция деревьев и кустарников с культурами или пастбищными системами может улучшить структуру почвы через корневые системы, увеличить органическое вещество из листового помета и улучшить цикличность питательных веществ. Обрезка аллей и силвопастуры являются двумя распространенными подходами к агролесоводству, которые укрепляют здоровье почвы при диверсификации доходов фермеров.

Влияние на долгосрочную устойчивость доходности

Для фермеров и директивных органов центральный вопрос заключается в том, обеспечивают ли методы сохранения почв последовательные долгосрочные выгоды от урожайности. Имеющиеся данные убедительно подтверждают, что эти методы не только защищают почву, но и активно улучшают биофизические условия, которые стимулируют устойчивую производительность. Механизмы являются многогранными и кумулятивными, а это означает, что полная выгода от урожайности часто становится очевидной после нескольких лет непрерывного внедрения.

Механизмы здоровья почвы, которые поддерживают доходность

Здоровые почвы являются основой стабильности урожайности. Практика сохранения непосредственно улучшает несколько ключевых свойств почвы, которые буферизируют производство сельскохозяйственных культур от стресса.

Почвенная органическая материя (SOM): Методы сохранения, такие как уменьшенная обработка почвы, покрытие обрезки и органические поправки увеличивают SOM, добавляя растительные остатки и замедляя разложение. SOM действует как губка, удерживая до 20 раз свой вес в воде. Более высокий SOM улучшает водоудерживающую способность, что означает, что культуры более устойчивы к засухе. Он также увеличивает способность обмена катионами, делая питательные вещества более доступными для растений. Увеличение SOM на 1% может увеличить хранение воды примерно на 20 000 галлонов на акр.

Водная инфильтрация и пониженный стоок:] Системы без дождевой обработки и покрытия сельскохозяйственных культур создают непрерывные макропоры из корневых каналов и активности дождевых червей. Эти поры позволяют дождевой воде быстро проникать, а не уходить с поверхности. Улучшенная инфильтрация снижает риск эрозии, перезаряжает грунтовые воды и обеспечивает сельскохозяйственные культуры более надежным влагоснабжением во время сухих периодов. Исследования в Национальной исследовательской лаборатории по эрозии почв USDA-ARS обнаружили, что дождевые поля проникали в воду со скоростью в 2-3 раза выше, чем обычно обрабатываемые поля при интенсивном моделировании осадков.

Сохранение почвы способствует процветающему сообществу бактерий, грибов, простейших и дождевых червей. Микорризальные грибы образуют симбиотические отношения с корнями сельскохозяйственных культур, расширяя доступ корневой системы к фосфору и другим неподвижным питательным веществам. Земной червь зарывается в почву и создает каналы, которые облегчают проникновение корней. Биологическая активность также ускоряет распад органических остатков на доступные растения питательные вещества, уменьшая потребность в синтетических удобрениях. Метаанализ в Биология почвы и биохимия (2021) сообщил, что системы сохранения сельского хозяйства содержат на 30-60% больше микробной биомассы, чем обычные системы.