Як врятувати землю від деградації та повернути їй родючість, знають українські вчені. Нещодавно вони завершили роботу зі створення нової біогенної системи землеробства, що здатна вирішити цю проблему
Родючих земель стає все менше
Деградація ґрунтів – один з викликів, що стоять перед сучасним сільським господарством. За даними ФАО, понад третина земельних ресурсів світу перебуває в деградованому стані внаслідок ерозії різних видів, ущільнення, засолення, забруднення, вимивання органічних речовин тощо. Якщо не вжити заходів уже зараз, то, за прогнозами, до середини нинішнього століття загальна площа орних і родючих земель на душу населення планети становитиме лише чверть від рівня 1960 року.
Ситуацію загострюють і зміни клімату. Глобальне потепління призводить до більш нерівномірного розподілу опадів над суходолом, частішими стають посухи, шкідники й бур’яни розширюють свій ареал на місцевості, раніше для них не характерні.
Свій внесок у проблему роблять економічні негаразди. Через подорожчання агрохімікатів, чимало фермерів не можуть забезпечити свої посіви оптимальною кількістю мінеральних добрив і засобів захисту рослин. Водночас, в багатьох із них немає доступу й до органічних добрив. Відповідно, землі, на яких відбувається аграрне виробництво, виснажуються швидше й не здатні забезпечити високого врожаю.
Є й зворотній бік питання. Здоровий ґрунт поглинає й зв’язує так звані парникові гази, стримуючи, таким чином, глобальне потепління. Деградовані землі втрачають таку здатність. Більше того, вони самі стають джерелом викидів вуглекислого газу.
Отже, знайти і втілити дієві способи збереження й відновлення ґрунтів – нагальне завдання для науковців та аграріїв-практиків. Тому вже існує ряд методів обробітку ґрунту і агрегатів для них, що покликані зменшити руйнування земель, а також і цілісні системи ґрунтозахисного землеробства. Деякі з них, наприклад, No-till або Strip-till, вже стали звичними, їх використовує все більше сільгоспвиробників на різних континентах. Інші, такі як вертикальний обробіток, лише набирають популярність.
Є й системи, які розроблені, описані й успішно випробувані, але поки що не знайшли широкого застосування. Проте, науковці впевнені, що вони стануть затребуваними, адже саме життя змушує відмовлятися від старих схем і пристосовуватися до нових умов. Скажімо, біоензимна технологія, розроблена українськими дослідниками, дає можливість отримувати рясні врожаї навіть у сухих пісчаних пустелях, тому її вже вподобали в Об’єднаних Арабських Еміратах і Омані. Добре себе зарекомендувала вона й на родючих землях, підвищуючи врожайність багатьох культур.
Серед цікавих альтернативних систем землеробства, створених українськими науковцями, привертає увагу також біогенна технологія. Тож пропонуємо познайомитися з нею ближче.
Звідки береться й куди зникає гумус
У природних біоценозах життєдіяльність рослин і тварин та родючість ґрунтів тісно взаємопов’язані. Рослини отримують із землі основні поживні елементи. Тварини, в свою чергу, харчуються рослинами. Але водночас ті й інші є джерелом органіки, яка, перероблена за допомогою мікроорганізмів та деяких представників фауни, перетворюється на гумус. Таким чином відбувається кругообіг речовин, якщо описувати його спрощено. В результаті ґрунт стає не просто мінеральною субстанцією, а ресурсом, необхідним для повноцінного розвитку живих істот.
Природні екосистеми, тією чи іншою мірою, є замкненими. Тобто, надходження й винесення речовини й енергії в них більш-менш рівнозначні за кількістю. Іншу картину ми спостерігаємо в агробіоценозах. Виростивши врожай, людина збирає його і вилучає з поля. Зрозуміло, що речовини, які ґрунт віддав культурним рослинам, у нього вже не повертаються. А в багатьох випадках аграрії ще й знищують пожнивні рештки, наприклад, спалюючи їх. Тому з часом земля виснажується й стає все менш придатною для ведення сільського господарства.
Звісно, люди вже навчилися поповнювати запаси поживних речовин в ґрунті за допомогою органічних і мінеральних добрив. Причому, протягом кількох десятиліть останні стали основою для успішного отримання врожаїв. Такий шлях підтримання родючості дістав назву техногенного. Та, попри свою зручність і досить високу надійність, він має й ряд недоліків. Деякі з них ми вже згадували, наприклад, недостатню доступність для фермерів мінеральних добрив через їх подорожчання.
Але й у цілому побудовані на великій кількості агрохімікатів й інтенсивному використанні техніки так звані традиційні системи землеробства, хоча й приносять чималі врожаї, все ж призводять до деградації ґрунтів. Зокрема, саме з ними значною мірою пов’язують процеси опустелювання, що спостерігаються на всій планеті.
Через таке господарювання неухильно зменшується вміст органічних речовин і в українських ґрунтах. Якщо сто років тому чорноземи нашої країни мали 8–10% гумусу, то зараз далеко не скрізь можна знайти 4–5%. У деяких місцевостях кількість гумусу впала до 2,5–3%, а подекуди й нижче.
Зупинити процеси деградації цілком можливо. Один із варіантів – використання біогенного землеробства, тобто, такої системи господарювання, коли поповнення ґрунту поживними речовинами відбувається за допомогою процесів, подібних до природних.
Перші кроки до нової технології
Передумови для створення нової технології з’явилися, коли Національна академія аграрних наук України (НААН) поставила перед вітчизняними науковцями завдання з розробки моделей сталих агроекосистем. Дослідження проходили, починаючи з 1997 року, на Донецькій державній дослідній станції НААН України. Потрібно було створити таку технологію, за допомогою якої повністю зупинилися б ерозійні процеси й втрати води. До 2003 року співробітники станції вивчали вплив нульового обробітку ґрунту на динаміку врожайності культур семипільної сівозміни. Протягом 2004-2014 років досліджували вплив різних фонів родючості ґрунту на врожайність культур в сівозміні.
У 2014-2018 роках науковці продовжили свою роботу на землях дослідного господарства «Забойщик», яке також входить до системи Національної академії аграрних наук. Тут вони виконували завдання НААН «Розробити науково-методичні основи формування високопродуктивної ґрунтозахисної біогенної системи землеробства і еколого-збалансованих агроландшафтів зони Степу» та «Нові системи землеробства й землекористування».
Основою для своєї технології науковці обрали використання мульчепласту – шару мульчі з природних органічних матеріалів. Її відпрацьовували протягом всіх двадцяти років проведення досліджень. Зрештою була розроблена нова біогенна система землеробства.
Участь у роботі брала група науковців Донецької державної дослідної станції під керівництвом кандидата сільськогосподарських наук Михайла Тимофєєва. Вони оприлюднили свій досвід для широкого загалу в ряді статей, також вийшла монографія М.М. Тимофєєва «Біогенна система землеробства – модель майбутньої агросфери зони Степу».
Для кожної ділянки – своє призначення
Як зазначає автор, в основу концепції системи покладено «комплекс агротехнічних меліоративних і організаційних заходів щодо підвищення родючості ґрунту та захисту культурних рослин». Разом вони мають попередити всі види деградації чорнозему – фізичну, хімічну й біологічну.
Для впровадження технології необхідно провести еколого-агрохімічну оцінку земель господарства й поділити територію на невеликі ділянки – парцели, на кожній з яких еколого-агрохімічний бал (ЕАБ) відповідатиме певним значенням. Відповідно до стану ґрунту, кожна з таких ділянок повинна використовуватися по-різному.
Автори технології рекомендують розділення на чотири типи парцел:
– найбільш деградовані землі з ЕАБ менше 40, які мають низьку родючість, очевидні ознаки ерозії, розташовані на крутих схилах;
– землі з ЕАБ 40–50 – помірно деградовані, розташовані на невеликих схилах, задіяні в інстенсивному виробництві;
– площі з ЕАБ 50–60 – родючі, з невеликим ступенем деградації;
– ґрунти з найвищим ЕАБ і найменш деградовані.
Конкретними інструментами, покликаними зупинити деградацію й забезпечити біогенний шлях відтворення родючості ґрунту, виступають мульчепласт, насадження чагарників, вертикальне мульчування, діяльність сапрофагів, вирощування багаторічних бобових трав. Розглянемо роль кожного з них.
Мульчепласт: родом з цілинного степу
Мульчепласт – шар мульчі, який імітує покрив цілинного степу, утворений рослинними рештками. Саме в таких умовах формувався чорнозем. У наш час все більше науковців і аграріїв-практиків доводять, що земля на полях ніколи не повинна залишатися «голою». На ній має бути або рослинність, або її залишки. В біогенній технології використовують також мульчу, зроблену зі спеціально вирощених рослин. Лише така модель може стати основою для сталих агроекосистем.
Мульчепласт може складатися як із стебел культурних рослин, пожнивних решток, так і подрібненої надземної частини чагарників. У перших дослідах під час розробки технології науковці використовували частково подрібнені стебла кукрудзи на зерно й соняшника. Їх викладали на полі паралельними рядами. Щоб вкрити мульчею дослідну ділянку, знадобилися рослинні рештки з вдвічі більшої за неї площі.
Мульчепласт може бути тимчасовим або постійним (цілорічним).
Цілорічний мульчепласт рекомендований для земель з ЕАБ 40–50. Такі ділянки призначені для вирощування просапних культур.
Науковці провели тривалі дослідження процесів, що відбуваються під шаром мульчі, який перебуває на полі постійно. Вони виявили ряд позитивних наслідків такого мульчування. Основна перевага – повністю зупиняється будь-яка ерозія. Також в ґрунті добре накопичується волога, її випаровування відбувається повільно, що дуже важливо в умовах посушливого клімату. Під шаром рослинної маси сповільнюється розвиток бур’янів, особливо однорічних, до 99% яких гинуть невдовзі після проростання. В поверхневому шарі ґрунту відбувається накопичення рухомих форм ряду макроелементів, перш за все азоту, форсфору й калію. Крім того, влітку ґрунт не перегрівається, а взимку не промерзає навіть під час дуже сильних холодів.
Однак дослідження виявили й негативні наслідки цілорічного використання мульчепласту. Зокрема, навесні ґрунт під ним прогрівається пізніше, ніж на відкритих ділянках, на 7–10 діб, що може призвести до запізнення з проведенням весняно-польових робіт і затримки розвитку культурних рослин. Проблему загострює також перезволоження землі під мульчею після зими. Мокра земля не дає можливості вивести в поле техніку, через що також доводиться зсувати терміни проведення польових робіт. Водночас, незважаючи на краще накопичення вологи, під час тривалих посух ґрунті під мульчею все ж розтріскується, хоча й не так сильно, як без неї. Не є мульчепласт і панацєю від забур’яненості посівів, адже багаторічні бур’яни, на відміну від однорічних, під ним почуваються цілком нормально.
Тимчасовий мульчепласт – елемент технології, більш знайомий широкому загалу. Автори радять використовувати його на ділянках з ЕАБ 50–60, де можна вирощувати зернові культури суцільного посіву. Тимчасовий шар мульчі укладають на ґрунт після збирання врожаю.
Ще один вид використання мульчі в біогенному землеробстві – вертикальне мульчування. В ґрунті роблять вертикальні дрени завглибшки 10–40 см і діаметром 5 см. В них закладають рослинну масу і зверху засипають землею. Такі дрени запобігатимуть стіканню з поля дощової й талої води, завдяки чому волога утримуватиметься в ґрунті й не буде розмиватися поверхня землі. Вертикальне мульчування доцільно застосовувати на тих самих площах, що й тимчасовий мульчепласт, тобто, там, де вирощують зернові культури.
Будь-які види мульчі з рослинної маси зрештою переробляються комахами, черв’яками та мікроорганізмами й перетворюються на складові ґрунту, відновлюючи й підвищуючи його родючість.
Корисні чагарники
Насадження чагарників необхідні як джерело мульчі, а також елемент агроландшафту, що запобігає вітровій і водній ерозії й сприяє затриманню вологи. Зокрема, вони запобігають здуванню з поверхні поля снігу й стіканню води під час його танення. Також їх можна використовувати для отримання рослинної маси для виробництва енергії. Важливо й те, що в них оселятимуться птахи, комахоїдні тварини й корисні комахи, які стримуватимуть поширення шкідників на прилеглих посівах сільгоспкультур. А деякі види будуть ще й кормовою базою для домашніх бджіл та диких запилювачів. На думку М.М. Тимофєєва, «чагарникові масиви й смуги стануть основою органогенних ресурсів екологічного землеробства ХХІ століття».
Чагарники висаджують на найбільш деградованих землях з ЕАБ менше 40, на схилах, що маують ухил понад 3–5о, тощо. Власне, такі рослини здатні добре почуватися на більшості тих площ, де вести аграрне виробництво нерентабельно.
Також чагарники висаджують по периметру парцел, на яких вирощують сільськогосподарські культури. Площа таких чагарникових смуг може становити 15–20% загальної площі поля. Крім згаданих переваг із накопичення вологи й захисту ділянок від ерозії, таке розташування дозволить уникнути перевезення маси для мульчування з віддалених місць: зрізати й подрібнювати її можна буде просто на прилеглому полі.
Розробники технології рекомендують використовувати ряд невибагливих деревних і чагарникових видів, що добре розмножуються, особливо – за допомогою кореневої порослі, і здатні швидко відновлюватися після зрізання стебел. Серед них – айлант, бузина, береза, рябина, лох, терен, шовковиця, різні види в’язів, верби, клену, липи, спіреї та інші рослини.
Чагарники не потребують складного догляду, а зрізати їх можна через кожні 3–7 років, залежно від виду рослин. Заготівля біомаси цілком можлива в будь-яку пору року, завдяки чому для неї не потрібні складські приміщення. Тож постійний шар мульчі подрібненими стеблами чагарників поповнюють поступово, протягом цілого року. Існує й техніка для зрізання й подрібнення стебел таких рослин.
Якщо господарство має достатньо неугідь для вирощування чагарників, то смуги навколо парцел можна засаджувати плодовими деревами й кущами.
Без багаторічних трав не обійтися
На землях з ЕАБ 55–60 мають з’явитися посіви багаторічних бобових трав. Вони виконуватимуть різні функції.
Бобові культури стануть цінним кормом для тварин, а тваринницькі ферми, в свою чергу, постачатимуть рослинництву органічні добрива.
Увівши такі рослини в сівозміну, аграрій отримує прекрасний попередник для більшості інших культур.
Завдяки здатності бобових використовувати азот повітря, землі поповнюються цим важливим елементом. Наприклад, еспарцет і люцерна збагачують кожен гектар поля 100–200 кілограмами азоту. Крім того, вони можуть переводити недоступні для рослин сполуки фосфору в доступні.
Багаторічні трави перешкоджають розвитку бур’янів, насамперед – однорічних, очищаючи таким чином поле без застосування гербіцидів.
Коріння бобових структурує ґрунт, робить його більш рихлим, збільшує проникність для повітря й води. Але слід зважати на те, що робота важкої техніки під час збирання зеленої маси може звести цю перевагу нанівець, ущільнюючи землю.
Ефективно використовувати посіви можна протягом трьох років. В наступні сезони врожайність зазвичай зменшується, але за сприятливих умов термін успішної експлуатації окремих масивів бобових можна продовжити до п’яти років.
В посівах багаторічних бобових культур добре розвивається ґрунтова мікробіота. Також в них поселяються дощові черв’яки, корисні комахи, землерийки, ящірки тощо, які роблять свій внесок в оздоровлення ґрунту й розвиток сталого агробіоценозу.
Непомітні творці ґрунту – сапрофаги
Живим істотам-сапрофагам, які здатні переробляти залишки інших організмів, в біогенному землеробстві приділяють велику увагу. Загалом в ґрунті мешкає величезна кількість найрізноманітніших живих організмів: їх вага досягає від півтонни до п’яти тонн на гектар.
Одни з найвідоміших і найкорисніших сапрофагів – дощові черв’яки. Вони харчуються напівзогнилим листям та іншими органічними рештками. Пройшовши крізь організм черв’яка, така їжа перетворюється на копроліти, які містять велику кількість аміаку, нітратів, фосфору й кальцію та утворюють зернисту структуру ґрунту.
Завдяки дощовим черв’якам органічні рештки розкладаються від 1,5 до 6 разів інтенсивніше, ніж на тих ділянках, де таких тварин немає.
Нірки черв’яків сприяють зрихленню ґрунту й полегшують проникнення в нього повітря й води. Коли вони риють свої ходи, відбувається перемішування землі й поширення в ній гумусу та хімічних елементів.
Самі дощові черв’яки є важливою ланкою харчових ланцюгів і слугують поживою для багатьох інших тварин.
Не менш активно поліпшують ґрунт і інші сапрофаги: черв’яки енхітреїди, багатоніжки, мокриці, ногохвістки, панцирні кліщі, нематоди, личинки деяких видів мух тощо.
Ще кілька деталей технології
Біогенна система неможлива без сівозміни. Значне місце в структурі посівних площ – 30–40% – пропонується відвести пшениці озимій, і не лише тому, що її вирощування, як правило, є економічно вигідним. Культура також сприяє сповільненню процесів ерозії, адже її надземною масою поле вкрите дев’ять місяців впродовж року. Вона найкраще використовує зимову вологу для своєї вегетації.
Також рекомендовані для вирощування ярий і озимий ячмінь, горох, зернові типу дворучок, які можна сіяти як восени, так і навесні, тощо.
Передбачається, що близько 17–20% посівних площ буде відведено під багаторічні бобові трави.
Автори біогенної системи протягом багатьох років вивчали різні технології обробітку ґрунту, щоб визначити, яка з них є оптимальною для формування сталих агробіоценозів. За їхніми висновками, не підходить як оранка, так і нульовий чи плоскорізний обробіток. Тому науковці пропонують свій варіант, який дозволив би рихлити ґрунт, поліпшувати циркуляцію води та повітря, заробляти органіку, але водночас не порушував структуру, утворену коріннями рослин і ходами біоти, не ущільнював землю, не створював плужної підошви.
Таким варіантом є поєднання вертикального обробітку спеціальними фрезами й створення на полі великої кількості вертикальних дрен, заповнених подрібненою рослинною масою.
Але, крім обробітку ґрунту, потрібен ще ряд інших операцій – сівба, внесення добрив і пестицидів, збирання врожаю тощо. Щоб вберегти поверхню полів від надмірного тиску, а також і зменшити вуглецевий слід від виробництва сільгосппродукції, пропонується використання легкої техніки з електричними двигунами й широких шин.
Звісно, в будь-якої системи є й слабкі місця. Про одне з них ми вже згадували: навіть під мульчепластом і в посівах багаторічних культур можуть розвиватися багаторічні бур’яни. Не меншу проблему становлять шкідники сільськогосподарських рослин. Тим більше, що частина етапів життєвого циклу деяких їх видів відбувається в заростях чагарників і диких трав’янистих рослин. Тому необхідно вживати заходів із захисту сільгоспкультур.
Найпростіший метод – застосування пестицидів. Але цілком очевидно, що вони перешкоджатимуть створенню сталого агробіоценозу, адже знищуватимуть не тільки бур’яни й шкідників, а також і корисну фауну. Тому використання агрохімікатів може бути доцільним лише на початковому етапі впровадження системи і тільки за нагальної необхідності.
Передбачається, що з часом в агробіоценозі має встановитися біологічна рівновага і поширення шкідливих видів стримуватимуть корисні. Крім того, можливе застосування біопрепаратів, які діють вибірково і не є токсичними для інших живих істот.
Що ж до бур’янів, то тут слід згадати про механічні методи їх видалення, хоча це й збільшить обсяги використання техніки та навантаження від неї на ґрунт.
До речі, відмова від пестицидів не лише сприятиме кращому розвитку сталих агробіоценозів, але й зробить біогенну технологію придатною для отримання екологічно безпечної органічної продукції.
Зрозуміло, що в невеликій статті неможливо описати всі нюанси нової системи землеробства. Безперечно, її втілення в конкретних умовах вимагатиме творчого підходу й викличе багато запитань, що потребуватимуть нестандартних рішень. Але результат у вигляді здорової, не спотвореної процесами деградації землі, яка стабільно дає щедрі врожаї, того вартий. Будемо сподіватися, що розробку українських науковців гідно оцінять як у нашій країні, так і в інших частинах світу, і біогенне землеробство допоможе людству рятувати ґрунти й боротися з голодом.
Поділитись в соцмережах:
