Влияние покровных культур и мульчирования на сохранение урожайности во время засухи
Расширенные периоды засухи являются одними из самых серьезных проблем, стоящих перед современным сельским хозяйством, угрожающих продовольственной безопасности и рентабельности ферм по всему миру. Поскольку вода становится все более дефицитной, фермеры должны принять методы управления почвой, которые максимизируют каждую каплю влаги. Две из наиболее эффективных и доступных стратегий - использование покровных культур и мульчирование. Эти методы работают путем фундаментального изменения почвенной среды - сокращения испарения, улучшения инфильтрации воды и повышения способности почвы хранить воду. При правильном внедрении покрытие культур и мульчирование могут значительно буферизировать потери урожая во время засухи, предлагая практический, недорогой путь к созданию устойчивых систем сельского хозяйства.
Роль покровных культур в устойчивости к засухе
Покровные культуры — это растения, выращиваемые специально для защиты и улучшения почвы между сезонами товарных культур. Они не собираются для получения прибыли, но выполняют критические функции: они защищают почву от ветровой и водной эрозии, поглощают питательные вещества, подавляют сорняки и — что наиболее важно для смягчения засухи — улучшают физические свойства почвы. Увеличивая содержание органических веществ и способствуя совокупной стабильности, покровные культуры создают пористую структуру почвы, которая поглощает и удерживает больше воды.
Виды покрытий для засушливых и полузасушливых регионов
Не все покровные культуры одинаково подходят для сухих условий. В районах с низким уровнем осадков фермеры должны уделять первоочередное внимание засухоустойчивым видам, которые могут устанавливать с минимальной влагой, все еще обеспечивая биомассу и корневые преимущества. Легумы , такие как , волосатый веч и , фиксируют атмосферный азот, уменьшая потребности в удобрениях и создавая плодородие почвы, хотя они требуют тщательного управления для предотвращения конкуренции в воде. , такие как , крупа и , тритикале , производят обширные волокнистые корневые системы, которые создают органическое вещество почвы и улучшают инфильтрацию воды. , такие как
Как покровные культуры улучшают динамику почвенной воды
Основной механизм, с помощью которого покрывающие культуры помогают во время засухи, заключается в усилении органического вещества почвы . Поскольку остатки покрывающих культур разлагаются, они образуют стабильный гумус, который может удерживать до 20 раз свой вес в воде. Этот органический углерод также связывает частицы почвы в агрегаты, создавая поровые пространства, которые позволяют осадкам - или ограниченной ирригационной воде - впитываться, а не убегать. Исследования Службы сельскохозяйственных исследований Министерства сельского хозяйства США показывают, что поля с долгосрочными историями покровных культур могут иметь 10-15% более высокое содержание влаги в почве в сухие периоды по сравнению с голыми покровными почвами USDA ARS . Кроме того, живые покровные культуры уменьшают поверхностный сток, перехватывая дождевые капли и замедляя движение воды по полю, давая воде больше времени для инфильтрации. Однако фермеры должны тщательно управлять временем прекращения покров
Мульчирование как стратегия сохранения влаги
Мульчирование включает в себя покрытие поверхности почвы защитным слоем материала — либо органическим (солома, древесная щепа, компост, листья) или неорганическим (пластиковые пленки, геотекстиль). Центральным преимуществом для смягчения засухи является резкое сокращение испарения с верхних нескольких сантиметров почвы. Быстрый слой мульчи может потерять до 50% осадков до испарения, тогда как хорошо нанесенный слой мульчи может сократить эту потерю на 70-80% .
Органические против неорганических мульч
Органические мульчи — такие как солома, сено, древесная щепа и компостированный навоз — разлагаются с течением времени, добавляя органические вещества и питательные вещества в почву. Это двойное преимущество немедленного контроля испарения и долгосрочного улучшения почвы делает их идеальными для создания засухоустойчивости. Однако они могут временно связывать азот во время разложения, если соотношение углерода к азоту высокое. Неорганические мульчи, особенно черные пластиковые пленки, обеспечивают превосходное подавление сорняков и удержание влаги, но не способствуют здоровью почвы. Они чаще всего используются в высокоценных садоводческих культурах, таких как помидоры, перец и дыни. Для рядовых культур стоимость и логистика пластиковой мульчи делают ее менее практичной, но биоразлагаемые пленки появляются в качестве альтернативы. Фермеры должны оценивать компромиссы: органические мульчи требуют более частого повторного применения, но питают почву
Оптимальная практика мульчирования при засухе
Эффективность мульчи зависит от сроков применения, толщины и размещения . Применение мульчи до наступления сухого сезона — в то время как все еще остается остаточная влажность почвы — дает наибольшую пользу. Слой по крайней мере 5-10 см (2-4 дюйма) толщина рекомендуется для органических мульчей; более тонкие слои могут быть сдуты или позволяют сорнякам проталкиваться. Мульча должна быть размещена вокруг основания сельскохозяйственных культур, распространяясь на капельницу, если это возможно. В садах и виноградниках мульчированная полоса вдоль ряда деревьев или виноградников сохраняет воду, где корни наиболее активны. Фермеры также должны рассмотреть использование покровных культур в качестве живого мульчи, которая прекращается и оставляется на поверхности в качестве остаточного слоя — стратегия, которая сочетает в себе преимущества обеих практик. Системы no-till или reduced-till особенно совместимы, поскольку
Синергетические эффекты покровных культур и мульчирования
Когда покровные культуры и мульчирование используются вместе, их преимущества умножаются. Покровные культуры, выращенные в межсезонье, могут быть прекращены и оставлены в виде саморассыпа - часто называемого зеленого навоза или остаточного покрытия . Этот подход обеспечивает преимущества почвостроения живых корней с подавлением испарения поверхностного слоя остатков. Комбинация может уменьшить испарение почвы до 90%, снизить пиковые температуры почвы на 5-10 ° C и значительно улучшить улавливание осадков.
Интегрированные подходы к управлению почвами
Фермеры, которые принимают обе практики в рамках более широкой системы сохранения сельского хозяйства, видят наибольшую стабильность урожайности в годы засухи. Сельское хозяйство сохранения подчеркивает минимальное нарушение почвы, постоянный почвенный покров (мульча или живой покров) и севообороты, диверсифицированные с покровными культурами . В таких системах способность почвы удерживать воду увеличивается с течением времени по мере накопления органического вещества. Исследование, опубликованное в Агрономия для устойчивого развития , показало, что после пяти лет покровного земледелия и без дождевого периода с удержанием остатков содержание почвенной воды на полевых мощностях увеличилось на 15-20% по сравнению с обычной возделыванием без покровных культур . Эта запасенная вода обеспечивает критический буфер во время засухи, когда пики эвапотранспирации культур.
Тематические исследования и полевые испытания
В Великих равнинах Соединенных Штатов исследования Университета Небраски-Линкольна показали, что системы, интегрирующие покровные культуры (например, зерновую ржаную смолу) и без дождевой обработки с мульчированием остатков сельскохозяйственных культур, имели на 25-30% меньше снижения урожайности при сильной засухе по сравнению с обычными системами выпадения до подлива UNL CropWatch . Аналогичным образом, в засушливых районах Австралии испытания с мульчированием на пшенице увеличили влажность почвы на 20 мм при посеве и повысили урожайность на 0,5 т/га в сезоны с низким уровнем осадков. Эти результаты подчеркивают, что интегрированный подход не только теоретический - он обеспечивает измеримую сохранение урожайности, когда вода коротка.
Результаты исследований и экономические выгоды
Научные данные, подтверждающие покрытие сельскохозяйственных культур и мульчирование для смягчения засухи, являются надежными. Мета-анализы, охватывающие сотни исследований, подтверждают, что эти методы последовательно улучшают удержание влаги в почве и уменьшают потери урожая во время дефицита воды.
Данные по сохранению урожайности
Всесторонний обзор в Исследования полевых культур показал, что на каждый 1% увеличение органического вещества почвы (которое покрывает сельскохозяйственные культуры и мульчирование помогает строить), доступная емкость воды повышается примерно на 0,5-1,5 см на 30 см почвы. Эта дополнительная вода напрямую приводит к защите урожайности. При умеренной засухе (30-40% ниже нормального количества осадков), поля с 5+ годами непрерывного обрезки покрова и мульчирования показали потери урожайности только 5-15% , по сравнению с 30-40% в традиционно обработанных голых почвенных системах. Для экстремальных засух разница сузилась, но оставалась значительной - 15-20% преимущество урожайности (] Исследования полевых культур . Наиболее драматические преимущества наблюдаются на песчаных и плохо структурированных почвах, где улучшение органического вещества оказывает наибольшее влияние на хранение воды.
Анализ затрат и выгод
Принятие покровных культур и мульчирование включает в себя первоначальные затраты: покрытие посевов, посадки, прекращения и труда или материалов для мульчи. Однако экономическая отдача в подверженных засухе регионах может быть сильно положительной. Снижение потребности в ирригации снижает затраты на энергию и воду. Улучшение состояния почвы снижает затраты на удобрения и пестициды с течением времени. Когда засуха наносит удар, сохранение урожайности часто покрывает затраты на практику в несколько раз. По оценкам Службы экономических исследований Министерства сельского хозяйства США, фермер, инвестирующий 30–60 долларов США за акр в покровные культуры плюс 20–40 долларов США за акр в мульчировании (органические материалы) может ожидать возврата 3:1 до 5:1 в засушливые годы из-за сохраненной урожайности и снижения риска. Кроме того, такая практика может претендовать на государственные программы сохранения, которые предлагают разделение затрат, что делает экономику еще более привлекательной.
Практические рекомендации для фермеров
Для достижения наилучших результатов при использовании покровных культур и мульчирования для устойчивости к засухе фермеры должны адаптировать свой подход к местному климату, типу почвы и системе земледелия.
Выбор сайта-специфический
В средиземноморском климате ячмень, тритикале и обыкновенный веч хорошо адаптированы. В влажных умеренных зонах хорошо работают клевер и ржаная крупа. Для мульчирования материалов используйте то, что доступно и доступно на местном уровне: солому из мелких зерновых, древесную щепу из лесных операций или даже измельченную бумагу или картон (если правильно управляется). Избегайте материалов с семенами сорняков или загрязнения гербицидами.
Методы определения времени и применения
Растительные покровные культуры достаточно рано осенью или весной, чтобы установить достаточную биомассу до сухого сезона. Прекратить их на правильной стадии роста - обычно поздний цветение или ранний набор семян - для максимизации биомассы при предотвращении конкуренции воды. Для мульчирования наносить материал как можно раньше, прежде чем почва высыхает. В орошаемых системах рассмотреть возможность использования полосатого дождя в сочетании с мульчированной зоной только в ряду культур, что уменьшает количество мульчи, необходимое при концентрации преимуществ. No-till буры могут сажать денежные культуры непосредственно в остаток от прекращенных покровных культур, сохраняя слой мульчи неповрежденным.
Мониторинг и адаптация
Используйте простые инструменты, такие как датчики влажности почвы или метод чековой книжки для планирования орошения, чтобы отслеживать уровни влаги под различным управлением. Сравните мульчированные и немульчированные участки, чтобы увидеть различия из первых рук. Настройте время прекращения посевов на основе весенних осадков - если прогнозируется сухой источник, прекратите раньше, чтобы сохранить воду для товарного урожая. Поддерживайте гибкость: в некоторые годы тонкий покровный урожай может быть предпочтительнее толстого, который истощает влагу почвы. Ведите учет как погоды, так и урожайности, чтобы уточнить ваш подход с течением времени.
Потенциальные проблемы и смягчения
Хотя выгоды от этого весьма значительны, покрытие посевов и мульчирование не лишены своих проблем, особенно в условиях засухи.
Иммобилизация питательных веществ
При применении высокоуглеродных органических мульчей (например, соломы, древесной щепы) почвенные микроорганизмы могут временно связывать азот, делая его менее доступным для урожая. Это может привести к пожелтению или задержке роста на ранних стадиях. Для смягчения последствий нанесите небольшое количество азотных удобрений при посадке или используйте смесь покровных культур, которая включает бобовые, для подачи азота. Альтернативно, позвольте мульче частично разлагаться перед посадкой - или нанесите удобрение через мульчу с системой впрыска жидкости.
Борьба с вредителями и болезнями
Толстые слои мульчи могут создавать среду обитания для слизней, улиток и некоторых почвенных патогенов. Во влажных регионах грибковые заболевания могут увеличиваться там, где влажность захвачена. Использование хорошо компостированных мульчей, поддержание хорошей циркуляции воздуха через надлежащее расстояние между растениями и вращающиеся культуры могут снизить эти риски. Покровные культуры должны быть выбраны, чтобы избежать заболеваний, которые влияют на следующие товарные культуры - например, избегать ржаных или пшеничных покровов перед кукурузой, если некоторые стеблевые гнили распространены. Комплексное скаутирование борьбы с вредителями и целевой биологический контроль могут помочь держать проблемы под контролем.
Заключение
Покровные культуры и мульчирование являются практическими, проверенными инструментами для сохранения урожайности во время засух. Путем сокращения потерь испарения, улучшения улавливания дождевой воды и создания почвенного органического вещества, которое хранит воду в течение времени необходимости, эти методы создают устойчивую производственную систему, которая может выдерживать сухие периоды лучше, чем голая почва. Научная литература и полевой опыт подтверждают, что даже скромное принятие покровного земледелия и мульчирования может сократить потери урожайности, связанные с засухой, наполовину или более. Для фермеров, сталкивающихся с будущим более частых и тяжелых засух, инвестиции в эти методы почвостроения не являются дополнительными затратами - это важный страховой полис для долгосрочной жизнеспособности фермы и продовольственной безопасности. Начните с малого, выберите методы, которые соответствуют вашей системе, и стройте к полностью интегрированному подходу, который сохраняет как вашу урожайность, так и почву, которая их поддерживает.