Последние конференции
- Информационные системы и модели в научных исследованиях, промышленности, образовании и экологии
- Информационные системы и модели в научных исследованиях, промышленности и экологии
- Современные проблемы экологии
- Экологические проблемы окружающей среды, пути и методы их решения
- Экология, образование и здоровый образ жизни
Почвенные организмы и сельскохозяйственные практики
Бутовский Р.О.
Фонд «Устойчивое Развитие»,
ТГПУ им. Л.Н.Толстого,
Россия, Москва
Аннотация
Рассмотрены основные сельскохозяйственные технологии и их воздействие на почвенные организмы. Приведены наилучшие технологии, способствующие устойчивому развитию и борьбе с глобальным изменением климата.
Summary
The most common agricultural practices are reviewed as related to their impact on soil organisms. The best technologies, which contribute to sustainable development and to fighting with global climate change are listed.
Вспашка
Вспашка представляет собой обработку почвы плугом. При глубокой вспашке на поверхности остается менее 15 % остатков растений, при обычной 15-30 %.
При изучении влияния вспашки на почвенное биоразнообразие выявлена негативная корреляция между воздействием, размером организма и биомассой. Вспашка механически нарушает пространственную целостность почвы, особенно в размерной шкале, в которой находятся биологические регуляторы и инженеры экосистем, вызывая, например, гибель дождевых червей (Citeau, 2008). При вспашке растительные остатки перемешиваются и включаются в состав почвы, увеличивая поверхность, пригодную для колонизации видами микробов-сапрофагов, усиливая аэрацию почвы, и вызывая быстрое и более полное разложение органического вещества. Таким образом, после вспашки процесс разложения трансформируется от медленного грибкового в более быстрый – бактериальный. Быстрое разложение приводит к формированию менее стабильного слоя гумуса, усилению выбросов CO2 (что приводит к глобальному потеплению) и снижению содержания органического вещества (Assessment, 2010).
Мульчирование
Мульчирование применяют для обработки поверхности почвы, чтобы защитить ее от эрозии и повысить плодородие. Обычно мульчирование производят в начале вегетационного сезона для повышения способности почвы удерживать тепло. Для мульчирования применяется множество материалов, таких как органические остатки (кора, сено и т.д.), навоз, компост, резиновые или пластиковые пленки.
Органическая мульча является источником питательных веществ в почве, и при разложении стимулирует активность микробных сапрофагов (бактерий и грибов). Кроме того, мульчирование может улучшить структуру почвы для биологических регуляторов и инженеров экосистем, создавая множество пор, которые усиливают рост грибов и корней, и могут служить убежищем от хищников и т.д. (Assessment, 2010).
По некоторым данным, мульчирование способствует размножению эпигейных (поверхностно-обитающих) дождевых червей (их биомасса может возрастать в 12 раз), в то время как органическое земледелие способствует развитию эндогейных (обитающих в нижних слоях почвы) червей (Pelosi et al., 2009).
Применение органических удобрений
Применение навоза, осадков сточных вод и других отходов, богатых углеродом, или компоста улучшает и увеличивает содержание органического вещества в почве. При применении этих отходов в полевых условиях лучше использовать компост, поскольку прямое внесение отходов приводит к иммобилизации доступного азота в почве, а микроорганизмы нуждаются в углероде и азоте для роста и развития (Assessment, 2010).
Органические отходы увеличивают доступность корма для микробных сапрофагов и экосистемных инженеров. В Индии добавление органических соединений в виде компоста увеличивало биомассу дождевых червей в 4 раза (4 г/м2 до 18 г/м2) и других макро-беспозвоночных в 5 раз (с 3 г/м2 до 16 г/м2) (Senapati, 2000).
Разные виды органических отходов по-разному влияют на почвенную фауну. Плотность почвенной макрофауны была выше при использовании навоза с ферм и при использовании муниципального компоста из твердых бытовых отходов по сравнению с контрольным вариантом (без компоста), био-отходами или «зелеными» отходами в виде сточных вод. Это связано с тем, что навоз и твердые бытовые отходы содержат много полых пространств, которые позволяют создать хорошие условия для обитания макрофауны (Ruiz Camacho, 2004).
Химическая обработка
Все пестициды независимо от способа применения, попадают в почву и оказывают воздействие на почвенные организмы.
Эффекты сильно варьируются в зависимости от вида и дозы пестицида, условий почвенной среды и изучаемой биологической группы. В целом влияние не ограничено одной группой, и распространяется на комплекс почвенных организмов.
Удобрения – химические соединения, которые обычно вносят в почву для обеспечения растений питательными веществами, необходимыми для роста. Они могут быть органическими (навоз) или неорганическими и производиться промышленным способом. Самыми распространенными удобрениями в мире являются азотные.
Высокое содержание некоторых неорганических удобрений обеспечивает микробных сапрофагов доступным азотом, усиливая их активность. Это ускоряет разложение органического вещества и способствует снижению его содержания в почве. Неорганические азотные удобрения приводят к росту количества аммиака в почве, что стимулирует нитрификацию, приводит к избыточному выщелачиванию нитратов из почвы и загрязнению грунтовых вод (Assessment, 2010).
Подбор культур
Выбор культуры важен, поскольку он определяет характер местообитания для почвенной фауны. Например, бобовые культуры могут выполнять роль естественных удобрений, повышая концентрацию азота в почве.
Скорость роста и урожайность культур определяют степень воздействия сельскохозяйственной практики на почву и почвенную фауну. Быстрый рост и высокая урожайность требуют большого расхода энергии и ресурсов почвы, которой требуется более длительный период времени для восстановления. Последовательная смена быстрорастущих/ высокоурожайных культур приводит к истощению органического вещества и обеднению фауны, которая им питается (Assessment, 2010).
Ротация культур
Ротация культур применяется, чтобы снизить негативное воздействие монокультур, которое приводит к вымыванию питательных веществ из почвы. Кроме того, ротация позволяет избежать размножения патогенных организмов и вредителей, поскольку альтернативные культуры изменяют сообщества биологических регуляторов. Обычная ротация включает 3-летний цикл, например, пшеница, бобовые культуры и третий год – почва под паром (Assessment, 2010). Долгосрочные исследования показали, что такая технология приводит к значительной вариабельности содержания углерода и азота в почве, в зависимости от срока ротации. Непрерывное возделывание бобовых растений увеличивает запасы углерода на 20% в 15-ти см поверхностном слое почвы по сравнению с ротацией с бобовыми (Bhattacharyya et al., 2009).
Использование лесополос
Создание полос из травянистой и древесно-кустарниковой растительности по краю пахотных полей - обычная сельскохозяйственная практика. Эти лесополосы представляют собой устойчивое местообитание для многих видов почвенной фауны. Полосы шириной 6 м увеличивают численность и количество видов дождевых червей и биологических регуляторов, повышая плодородие почвы (Assessment, 2010). Только по краям полей было обнаружено 10 % от общего количества почвообитающих видов, встречающихся на сельскохозяйственном поле, что делает эти местообитания важным источником биоразнообразия (Smith et al., 2008).
Различные практики могут использоваться для улучшения свойств почвы, оказывая влияние на почвенную фауну (табл. 1).
Перспективные сельскохозяйственные практики
Очевидно, что сельскохозяйственные практики должны быть адаптированы к современным сценариям развития общества. Paul, Kimble (2000) наметили перспективные направления в некоторых областях, которые могут внести вклад в повышение почвенного плодородия
Таблица 1
Влияние сельскохозяйственных практик на почвенную фауну (+ положительное воздействие, - отсутствие воздействия) (по Assessment, 2010)
|
Нарушение почвы |
Компост |
Навоз |
Ротация культур |
|
Слабая структурированность |
+ |
+ |
+/- |
|
Низкое содержание органического вещества |
+ |
+ |
+/- |
|
Высокий уровень содержания пестицидов |
+/- |
- |
+/- |
|
Засоленность |
+ |
+/- |
+ |
|
Высокий уровень загрязнения |
+/- |
- |
- |
· Сельскохозяйственные культуры различаются по способности реагировать на избыток углекислого газа, изменяя рост. Селекция растений и разработка молекулярных методик по изучению физиологической реакции растений на повышенное содержание СО2 могли бы повысить продуктивность и привести к изменению содержания лигнина в растениях. Эта также могло бы способствовать повышению содержания остатков растений в почвах. Повышение содержания органического вещества привело бы к связыванию углекислого газа, повысило устойчивость экосистемы и снизило почвенную эрозию. Сходные методики могли бы быть использованы для выведения растений с более развитой корневой системой и системой биологической фиксации азота, равно как и растений с более развитой микоризой и способностью усваивать питательные вещества.
· Повышенное содержание фенольных и лигниновых компонентов в растительных остатках может снизить скорость разложения и привести к накоплению опада на поверхности почвы. Это также усилит формирование замедленных и устойчивых углеродных стоков, существенных для накопления углерода. Рост многолетних культур может иметь ряд преимуществ, особенно при использовании в качестве биологического вида топлива.
· Должна быть улучшена эффективность ирригации. Повышенные океанические температуры в целом должны привести к повышению количества осадков. Это обстоятельство должно быть учтено при капельной ирригации, водосборе и т.д.
· Необходимо более эффективно применять фосфатные и азотные удобрения, особенно на подтопляемых территориях. Циклы азота, фосфора, серы и углерода должны рассматриваться в контексте развития экосистем.
· Повышение содержания органического вещества приведет к накоплению атмосферного азота и росту почвенного плодородия, водоудерживающей способности почвы и снижению эрозии. Это также сделает растения более стрессо-устойчивыми и способными противостоять климатическим изменениям
· Контроль уровня воды на увлажненных почвах во время периодов роста может привести к связыванию углерода, повышению качества воды, улучшению контроля за паводками и улучшению качества местообитаний для животных. Следует избегать возможных потерь CH4 и N2O.
· При разработке и применении сельскохозяйственных практик в теплом и более влажном климате должно учитываться их влияние на почвенные патогены и вредителей.
· Повышение эффективности пастбищ (или отведения земель под выпас) должно также привести к связыванию углерода
· Интеграция фермерских межей, лесополос, приречных травянистых полос и т.д. в землепользование и фермерское хозяйство улучшит качество почвы, почвенное биоразнообразие и будет способствовать изменению климата в позитивном направлении.
Списоклитературы
1. Assessment of soil biodiversity policy instruments in EU-27. Final report. February 2010. European Commission DG ENV. Bio Intelligence Service. 232 pp.
2. Bhattacharyya, R., V. Prakash, et al. Soil aggregation and organic matter in a sandy clay loam soil of the Indian Himalayas under different tillage and crop regimes // Agriculture, Ecosystems and Environment. 2009. V 132(1-2). P. 126–134.
3. Citeau, L., Bispo, A., Bardy, M., King, D. Gestion durable des sols. Versailles, France, Editions Quae. 2008.
4. Paul E.A., Kimble J. Global Climate Change: Interactions with Soil Properties. 2008/ http://www.usgcrp.gov/usgcrp/nacc/agriculture.
5. Pelosi C., Bertrand M., Roger-Estrade J. Eartworm community in conventional, organic and direct seeding with living mulch cropping systems// Agronomy for sustainable development. 2009. V 29. P. 287-295.
6. Ruiz Camacho, N. Mise au point d'un système de bio-indication de la qualité du sol base sur l'etude des peuplements de macro-invertebres // Ecology. 2009. V 270.
7. Senapati, B. K., Lavelle, P., Panigrahi, P.K., Giri, S., Brown, G.G. Case Studies and Practices for Improved Soil Biological Management: Case 1 - Restoring soil fertility and enhancing productivity in Indian tea plantations with earthworms and organic fertilizers. L. a. W. d.- S. B. P. FAO. Roma. 2009.
8. Smith J., Potts S., Eggleton P. The value of sown grass margins for enhancing soil macrofaunal biodiversity in arable systems // Agriculture Ecosystems and Environment. 2008. V 127. P. 119-125.