Земледелие без обработки почвы (также известное как нулевая обработка почвы или прямой посев ) — это сельскохозяйственный метод выращивания сельскохозяйственных культур или пастбищ без нарушения почвы путем обработки почвы . Земледелие без обработки почвы уменьшает количество эрозии почвы , которую вызывает обработка почвы в определенных почвах, особенно в песчаных и сухих почвах на склонах. Другие возможные преимущества включают увеличение количества воды, которая просачивается в почву, удержание органического вещества в почве и круговорот питательных веществ . Эти методы могут увеличить количество и разнообразие жизни в почве и на ней. В то время как обычные системы без обработки почвы используют гербициды для борьбы с сорняками, органические системы используют комбинацию стратегий, таких как посадка покровных культур в качестве мульчи для подавления сорняков. [1]
Существует три основных метода земледелия без обработки почвы. «Посев дерном» — это когда посевы высеваются с помощью посевной техники в дерн, полученный путем нанесения гербицидов на покровную культуру (уничтожая эту растительность). «Прямой посев» — это когда посевы высеваются через остатки предыдущей культуры. «Поверхностный посев» или «прямой посев» — это когда семена оставляются на поверхности почвы; на равнинах это не требует применения техники и минимального труда. [2]
Хотя нулевая обработка почвы агрономически выгодна и приводит к более высоким урожаям, фермеры, желающие адаптировать систему, сталкиваются с рядом проблем. Устоявшимся фермам, возможно, придется пройти кривую обучения, купить новое оборудование и иметь дело с новыми полевыми условиями. [3] [4] Возможно, самым большим препятствием, особенно для зерновых, является то, что фермеры больше не могут полагаться на механический контроль вредителей и сорняков, который происходит, когда остатки урожая закапываются на значительную глубину. Фермеры, использующие нулевую обработку почвы, должны полагаться на химикаты, биологическую борьбу с вредителями , покровные культуры и более интенсивное управление полями. [5] [6] [7]
Обработка почвы доминирует в сельском хозяйстве сегодня, но методы нулевой обработки могут быть успешными в некоторых контекстах. В некоторых случаях минимальная обработка почвы или методы «низкой обработки» объединяют методы обработки почвы и нулевой обработки. Например, некоторые подходы могут использовать неглубокую обработку почвы (т. е. использование дисковой бороны ), но не вспашку или использовать полосовую обработку почвы .
Обработка почвы — это сельскохозяйственная подготовка почвы путем механического перемешивания , обычно удаляющая сорняки, посеянные в предыдущем сезоне. Обработка почвы может создать ровную грядку или такую, которая имеет сформированные области, такие как ряды или приподнятые грядки, для улучшения роста желаемых растений. Это древняя техника с явными доказательствами ее использования по крайней мере с 3000 г. до н.э. [8]
Земледелие без обработки почвы не эквивалентно консервационной обработке почвы или полосовой обработке почвы . Консервационная обработка почвы — это группа методов, которые сокращают объем необходимой обработки почвы. И нулевая обработка почвы, и полосовая обработка почвы являются формами консервационной обработки почвы. Нулевая обработка почвы — это практика, при которой поле никогда не обрабатывается. Обработка почвы раз в два года называется ротационной обработкой почвы.
Последствия обработки почвы могут включать уплотнение почвы , потерю органического вещества , деградацию почвенных агрегатов , гибель или разрушение почвенных микробов и других организмов, включая микоризу , членистоногих и дождевых червей ; [9] а также эрозию почвы , когда верхний слой почвы смывается или сдувается.
Практика земледелия без обработки почвы представляет собой сочетание различных идей, разработанных с течением времени, многие методы и принципы, используемые в земледелии без обработки почвы, являются продолжением традиционного товарного садоводства, распространенного в различных регионах, таких как Франция. [10] Формализованное противодействие вспашке началось в 1940-х годах с Эдварда Х. Фолкнера, автора книги « Безумие пахаря» . [11] В этой книге, однако, Фолкнер критикует только более глубокий отвальный плуг и его действие, а не поверхностную обработку. Только после разработки после Второй мировой войны мощных гербицидов, таких как паракват , различные исследователи и фермеры начали испытывать эту идею. Первыми приверженцами метода без обработки почвы являются Клингман (Северная Каролина), Эдвард Фолкнер, Л. А. Портер (Новая Зеландия), Гарри и Лоуренс Янг (Херндон, Кентукки) и Институт агротехнических почв Меридионального земледелия (1971 в Бразилии) с Гербертом Бартцем. [12]
Площадь земель под земледелием без обработки почвы увеличилась по всему миру. В 1999 году около 45 миллионов га (170 000 кв. миль) были под земледелием без обработки почвы во всем мире, и эта цифра увеличилась до 72 миллионов га (280 000 кв. миль) в 2003 году и до 111 миллионов га (430 000 кв. миль) в 2009 году. [13]
По данным Австралийского бюро статистики (ABS) по исследованию сельскохозяйственных ресурсов, в Австралии доля сельскохозяйственных земель, обрабатываемых по методу No-till, составляла 26% в 2000–2001 годах, а в 2007–2008 годах она выросла более чем вдвое и составила 57%. [14] По состоянию на 30 июня 2017 года из 20 миллионов га (77 000 кв. миль) возделываемых сельскохозяйственных угодий 79% (или 16 миллионов гектаров) не подвергались обработке. Аналогичным образом, 70% (или 2 миллиона гектаров) из 3 миллионов гектаров возделываемых пастбищных земель не подвергались обработке, за исключением посева. [15]
Южная Америка имела самое большое внедрение No-till-земледелия в мире, которое в 2014 году составило 47% от общей площади в мире под No-till-земледелием. Страны с самым высоким внедрением: Аргентина (80%), Бразилия (50%), Парагвай (90%) и Уругвай (82%). [16]
В Аргентине использование нулевой обработки почвы привело к сокращению потерь от эрозии почвы на 80%, снижению затрат более чем на 50% и увеличению доходов фермерских хозяйств. [16]
В Бразилии применение нулевой обработки почвы привело к сокращению потерь от эрозии почвы на 97%, повышению производительности сельского хозяйства и увеличению доходов на 57% через пять лет после начала нулевой обработки почвы. [16]
В Парагвае чистый доход фермерских хозяйств увеличился на 77% после внедрения метода нулевой обработки почвы. [16]
В Соединенных Штатах используется метод No-till, и площадь, обрабатываемая таким образом, продолжает расти. Этот рост поддерживается снижением затрат. Метод No-till приводит к уменьшению количества проходов с оборудованием, а пожнивные остатки предотвращают испарение осадков и увеличивают инфильтрацию воды в почву. [17]
В 2017 году земледелие с нулевой обработкой почвы применялось примерно на 21% возделываемых пахотных земель в США. [18] К 2023 году сельскохозяйственные угодья со строгими принципами нулевой обработки почвы составят примерно 30% пахотных земель в США . [19]
Некоторые исследования показали, что в некоторых случаях земледелие с нулевой обработкой почвы может быть более прибыльным . [20] [21]
В некоторых случаях это может сократить затраты на рабочую силу, топливо, [22] орошение [23] и технику. [21] Метод нулевой обработки почвы может повысить урожайность за счет более высокой инфильтрации и способности к хранению воды, а также меньшей эрозии. [24] Еще одним возможным преимуществом является то, что из-за более высокого содержания воды вместо того, чтобы оставлять поле под паром , может быть экономически выгодно посадить другую культуру. [25]
Проблема с земледелием без обработки почвы заключается в том, что почва нагревается и высыхает медленнее весной, что может задержать посадку. Таким образом, сбор урожая может происходить позже, чем на традиционно обработанном поле. Более медленное нагревание связано с тем, что остатки урожая имеют более светлый цвет, чем почва, открытая при традиционной обработке, которая поглощает меньше солнечной энергии. Но в то же время, это можно контролировать, используя очистители рядков на сеялке. [26]
Проблема с земледелием без обработки почвы заключается в том, что если внедренный процесс негативно влияет на производство, рентабельность практики может снизиться из-за роста цен на топливо и высоких затрат на рабочую силу. Поскольку цены на топливо и рабочую силу продолжают расти, для ферм и сельскохозяйственных производств может быть более практичным перейти на работу без обработки почвы. [27] Весной плохо дренируемая глинистая почва может иметь более низкую производительность из-за холодного и влажного года. [28]
Экономические и экологические преимущества внедрения практики нулевой обработки почвы могут потребовать от шестнадцати до девятнадцати лет. [29] Первое десятилетие внедрения нулевой обработки почвы часто показывает тенденции к снижению доходов. Периоды внедрения более десяти лет обычно показывают рост прибыли, а не снижение рентабельности. [29]
No-till farming требует несколько иных навыков, чем в традиционном сельском хозяйстве. Для местных условий необходимо использовать комбинацию методов, оборудования, пестицидов, севооборота , удобрения и орошения. [ необходима цитата ]
На некоторых культурах, таких как кукуруза с непрерывной нулевой обработкой почвы, толщина остатков на поверхности поля может стать проблематичной без надлежащей подготовки и оборудования. Земледелие с нулевой обработкой почвы требует специализированного посевного оборудования, такого как более тяжелая сеялка , для проникновения в остатки. [30] Для вспашки требуются более мощные тракторы , поэтому тракторы могут быть меньше при нулевой обработке почвы. [31] Расходы можно компенсировать за счет продажи плугов и тракторов, но фермеры часто сохраняют свое старое оборудование, пробуя земледелие с нулевой обработкой почвы. Это приводит к более высоким инвестициям в оборудование.
Одной из целей обработки почвы является удаление сорняков . При нулевой обработке почвы остатки от урожая предыдущего года лежат на поверхности поля, что может вызвать различные, более серьезные или более частые проблемы с болезнями или сорняками [32] по сравнению с обработкой почвы. [33] Более быстрорастущие сорняки могут быть уменьшены за счет усиления конкуренции с возможным ростом многолетних растений , кустарников и деревьев. Гербициды, такие как глифосат, обычно используются вместо обработки почвы для подготовки семенного ложа , что приводит к большему использованию гербицидов по сравнению с обычной обработкой почвы. Альтернативы включают зимние покровные культуры, соляризацию почвы или сжигание .
Использование гербицидов не является строго необходимым, как это продемонстрировано в натуральном земледелии , пермакультуре и других практиках, связанных с устойчивым сельским хозяйством .
Использование покровных культур для борьбы с сорняками также увеличивает количество органических остатков в почве (и питательных веществ при использовании бобовых ). [34] Затем покровные культуры необходимо уничтожить, чтобы вновь посаженные культуры могли получить достаточно света, воды, питательных веществ и т. д. [35] [36] Это можно сделать с помощью катков, плющилок, измельчителей и другими способами. [37] [38] Затем остатки заделывают и оставляют в качестве мульчи. Покровные культуры обычно необходимо плющить, когда они вступают в стадию цветения. [39]
Одним из наиболее распространенных факторов снижения урожайности является иммобилизация азота в остатках урожая, разложение которого может занять от нескольких месяцев до нескольких лет в зависимости от соотношения C к N в урожае и местной окружающей среды. Удобрения необходимо вносить с большей скоростью. [40] Инновационным решением этой проблемы является интеграция животноводства различными способами для содействия разложению. [41] После переходного периода (4–5 лет для Канзаса, США) почва может накапливать органические вещества. Питательные вещества в органическом веществе в конечном итоге высвобождаются в почву. [ необходима цитата ]
Законопроект HR2508 117-го Конгресса [42] , также известный как закон NO EMITS, был предложен для внесения поправок в Закон о продовольственной безопасности 1985 года , который был представлен представителем Родни Дэвисом из Иллинойса в 2021 году. Дэвис является членом Комитета Палаты представителей по сельскому хозяйству . [43] Этот законопроект предлагает предложения по компенсации выбросов, которые сосредоточены в сельскохозяйственных средствах, путем внедрения новых стратегий, таких как минимальная обработка почвы или нулевая обработка почвы. [44] HR2508 в настоящее время находится на рассмотрении Комитета Палаты представителей по сельскому хозяйству . HR2508 также поддерживают два других представителя из высокоразвитых сельскохозяйственных штатов, представитель Эрик А. Кроуфорд из Арканзаса и представитель Дон Бэкон из Небраски. [44] HR2508 предлагает создать программы стимулирования для предоставления финансовой и технической помощи фермерам и сельскохозяйственным участкам, которые переходят на свои производственные процессы, а также предоставление контактов для снижения риска для производителей. [45] Также было предложено финансирование для инновационного маршрута сохранения. [45]
Фермеры в США поощряются с помощью субсидий и других программ, предоставляемых правительством, для достижения определенного уровня консервации обработки почвы. [46] Такие субсидии и программы, предоставляемые правительством США, включают: Программу стимулирования качества окружающей среды (EQIP) и Программу управления охраной природы (CSP). [47] EQIP является добровольной программой, которая пытается помочь фермерам и другим участникам помочь посредством консервации и не понести от этого финансовых потерь. [48] Прилагаются усилия, чтобы помочь сократить количество загрязнений от сельскохозяйственной промышленности, а также улучшить здоровье почвы. [48] CSP пытается помочь тем, кто хочет внедрить усилия по консервации в свою практику, предлагая, что можно сделать для их обстоятельств и потребностей. [49]
Утверждается, что земледелие с нулевой обработкой почвы увеличивает содержание органического вещества в почве и, таким образом, увеличивает секвестрацию углерода . [24] [50] Хотя многие исследования сообщают об увеличении содержания органического углерода в почве в системах с нулевой обработкой почвы, другие приходят к выводу, что эти эффекты могут наблюдаться не во всех системах, в зависимости от таких факторов, как климат и содержание углерода в верхнем слое почвы. [51] Исследование 2020 года показало, что сочетание нулевой обработки почвы и покровного земледелия может быть эффективным подходом к смягчению последствий изменения климата за счет секвестрации большего количества углерода, чем каждая из этих практик по отдельности, что позволяет предположить, что эти две практики имеют синергетический эффект в улавливании углерода. [52]
Ведутся споры о том, происходит ли на самом деле повышенное поглощение, которое иногда обнаруживается, или это связано с некорректными методами тестирования или другими факторами. [53] В исследовании 2014 года утверждается, что некоторые системы нулевой обработки почвы могут поглощать меньше углерода, чем обычные системы обработки почвы, и говорится, что «подповерхностный слой нулевой обработки почвы часто теряет больше запасов почвенного органического углерода с течением времени, чем приобретается в поверхностном слое». Исследование также подчеркнуло необходимость единого определения поглощения почвенного органического углерода среди исследователей. [54] В исследовании делается вывод: «Необходимы дополнительные инвестиции в исследования почвенного органического углерода (SOC), чтобы лучше понять методы управления сельским хозяйством, которые с наибольшей вероятностью поглощают SOC или, по крайней мере, сохраняют больше чистых запасов SOC». [55]
Земледелие с нулевой обработкой почвы сокращает выбросы закиси азота (N 2 O) на 40–70 % в зависимости от севооборота. [56] [57] Закись азота является мощным парниковым газом, в 300 раз сильнее CO 2 , и остается в атмосфере в течение 120 лет. [58]
Земледелие без обработки почвы улучшает агрегаты [59] и снижает эрозию . [60] Эрозию почвы можно снизить почти до уровня производительности почвы. [61]
Исследования, проведенные в ходе более чем 19-летних исследований обработки почвы в Службе сельскохозяйственных исследований Министерства сельского хозяйства США, показали, что земледелие без обработки почвы делает почву менее подверженной эрозии, чем вспаханная почва в районах Великих равнин . Первый дюйм почвы без обработки почвы содержит больше агрегатов и в два-семь раз менее уязвим, чем вспаханная почва. Считается, что большее количество органического вещества в этом слое помогает удерживать частицы почвы вместе. [62]
По данным Продовольственной и сельскохозяйственной организации Объединенных Наций (ФАО), земледелие с нулевой обработкой почвы может остановить опустынивание за счет сохранения органического вещества почвы и снижения ветровой и водной эрозии . [63]
Отсутствие вспашки также означает меньше пыли в воздухе.
Земледелие без обработки почвы улучшает удержание воды : растительные остатки помогают воде из естественных осадков и орошения просачиваться в почву. Остатки ограничивают испарение , сохраняя воду. Испарение от обработки почвы увеличивает количество воды примерно на 1/3–3/4 дюйма (0,85–1,9 см) за проход. [64]
Образование оврагов может вызвать эрозию почвы у некоторых культур, таких как соя при нулевой обработке, хотя модели других культур при нулевой обработке показывают меньшую эрозию, чем при обычной обработке. Травяные водотоки могут быть решением. [65] Любые овраги, которые образуются на полях, которые не обрабатываются, с каждым годом становятся глубже, а не сглаживаются регулярной вспашкой.
Проблемой на некоторых полях является насыщение почвы водой. Переход на земледелие без обработки может увеличить дренаж, поскольку почва при непрерывной обработке без обработки включает более высокую скорость инфильтрации воды. [66]
На необрабатываемых полях часто обитает больше кольчатых червей , [67] беспозвоночных и диких животных, таких как оленьи мыши . [68]
Обработка почвы снижает альбедо пахотных земель. Потенциал глобального похолодания в результате увеличения альбедо на пахотных землях без обработки аналогичен по величине другим биогеохимическим процессам связывания углерода. [69]