Элементы агрономической системы взаимодействуют бесчисленным множеством способов, как простых, так и сложных, для поддержки производства сельскохозяйственных культур.
Как изменения в системе влияют на урожайность сельскохозяйственных культур, свойства почвы и прибыльность в соеводстве, исследует Марк Шэнкл, профессор агрономии в Университете штата Миссисипи. В фокусе его внимание – соеводство в засушливых районах, а долгосрочный исследовательский проект поддержан Советом по продвижению сои штата Миссисипи.
«Растет понимание почвы как живой экосистемы, - говорит Шэнкл. - В связи с этим фермеры проявляют интерес к посеву покровных культур осенью, к нулевой обработке почве весной и применению органических удобрений в качестве альтернативы коммерческим неорганическим удобрениям. Нестабильная урожайность сои является проблемой для многих производителей в засушливых районах из-за отсутствия осадков в критические периоды вегетационного периода, поэтому мы хотели узнать, может ли система, ориентированная на улучшение здоровья почвы, поддерживать более надежную урожайность».
Шэнкл разработал комплексное исследование, чтобы изучить, как несколько методов работают вместе в единой системе. Его команда сравнила пять различных вариантов покровных культур, три программы удобрений и две даты посадки сои. В течение пяти лет ученые собирали данные по участкам, включая характеристики почвы и урожайность.
«Мы собирали образцы почвы с каждого участка каждый год, чтобы определить потребности в питательных веществах на основе рекомендаций по анализу почвы, как это делают фермеры, - объясняет Шэнкл. - И мы сохраняли одну и ту же комбинацию покровной культуры и удобрения на одном и том же участке каждый год, чтобы оценить кумулятивный эффект на свойства почвы».
Чтобы увидеть, как дата посадки влияет как на производство биомассы покровных культур, так и на урожайность сои, команда прекратила рост покровных культур и высадила соевые бобы по технологии No-till в апреле на половине поля в качестве ранней системы посадки. Они повторили тот же курс действий в мае для второй половины поля, чтобы изучить позднюю систему посадки. Для обеих дат посадки они прекратили насаждения покровных культур обработкой гербицидом примерно за две недели до посадки, а также применили удобрения для систем ранней и поздней посадки одновременно весной.
В качестве покровных культур использовались рожь, вика, пшеница и рекомендованная смесь ржи и горчицы. Контролем служил местный растительный покров, выросший за зиму.
«Мы рассматривали пшеницу в качестве покровной культуры, поскольку фермеры заявили, что они более охотно переходят на нее из-за предполагаемой более низкой стоимости и проверенных методов управления», - говорит Шэнкл.
Касательно удобрений, птичий помет легко доступен для многих фермеров Миссисипи, поэтому обработка удобрениями сравнивала птичий помет с коммерческим удобрением, со стандартным контролем без удобрений. Лабораторные рекомендации, основанные на ежегодном тестировании почвы, диктовали нормы удобрения.
«Мы сосредоточились на методах, которые добавляют органическое вещество в почву, - рассказывает исследователь. - Как покровные культуры, так и птичий помет обеспечивают органическое вещество. Ранние и поздние посадки сои позволили нам наблюдать реакцию культур и почвы на разное количество органического вещества в зависимости от обработки в каждой системе».
Покровные культуры в системе поздней посадки сои давали больше биомассы из-за более длительного периода роста до прекращения, и, соответственно, при раннем посеве сои времени для наращивания биомассы у покровных культур было меньше. Обе практики повлияли на здоровье почвы.
В дополнение к ежегодным анализам почвы, почвенный микробиолог команды, Шанкар Ганапати Шанмугам, доцент-исследователь в Университете штата Миссисипи, изучал изменения в почвенных организмах с течением времени.
«Богатство и разнообразие микробов, особенно бактерий и грибов, живущих в почве с покровными культурами, указывает на ее способность поддерживать рост», - говорит Шанмугам.
Он извлек ДНК микробов из образцов почвы в начале проекта, а затем снова в 2022 году для сравнения. Объем данных ДНК требовал суперкомпьютеров для их секвенирования и определения типов микробов в почве.
«На участках с покровными культурами и птичьим пометом мы увидели значительное увеличение разнообразия микробиома, - сообщает ученый. – И это логично, так как обе практики добавляют углерод в почву, которая служит источником пищи для этих микробов».
Шанмугам отмечает, что увеличение количества азотфиксирующих бактерий или видов Rhizobium, показанное ДНК-тестами, указывает на соответствующее увеличение азотных преобразований в этих почвах в результате изменений в управлении. Он также измерил увеличение богатства или общего числа таксонов микробов, живущих там: «Мы наблюдали улучшения в характеристиках почвы, таких как стабильность агрегатов, инфильтрация воды и доступность углерода на участках с покровными культурами, птичьим пометом или и тем, и другим. Все эти качества связаны с изменениями разнообразия в микробиоме почвы».
Птичий помет особенно коррелировал с повышением стабильности агрегатов почвы. Тем не менее, питательные вещества почвы от обработки удобрениями не накапливались в почве, показывая, что соевые бобы и покровные культуры использовали доступные питательные вещества каждый год.
«Также мы увидели, что биомасса покровных культур связана с большим разнообразием микробов. Покровные культуры создают больше биомассы и увеличивают углерод микробной биомассы почвы, и это поддерживало разнообразные микроорганизмы на этих участках», - говорит Шанмугам.
Команда согласовала свои выводы с приоритетами фермеров, поручив экономисту проанализировать затраты на программу, чтобы сравнить рентабельность системы.
Урожайность различалась в зависимости от даты посадки, на которую влияли количество и время выпадения осадков на репродуктивных стадиях роста R1–R7. «Обычно соевые бобы, посаженные в Миссиспи до 1 мая, ассоциируются с более высокой урожайностью, - говорит он. - Однако наше исследование систем покровных культур показывает, что урожайность может быть выше при ранней или поздней посадке соевых бобов в любой год в зависимости от погодных условий. Если осадки и, следовательно, влажность почвы совпадали с критическими стадиями роста и развития, это благоприятствовало бы при любой дате посадки».
«Мы заметили, что системы покровных культур повлияли на здоровье почвы, но не оказали явного влияния на урожайность сои», - добавляет Шэнкл.
Поскольку урожайность оставалась стабильной, экономический анализ показал, что добавление покровных культур снижало прибыльность. Однако этот анализ не учитывал участие фермеров в программах, разработанных для покрытия расходов на покровные культуры.
А вот применение органических удобрений действительно увеличило прибыльность. Птичий помет оказался более прибыльным, чем коммерческое удобрение. Шэнкл говорит, что обработка удобрениями, особенно птичьим пометом, повлияла на рост и урожайность культур, в отличие от использования покровных культур. Ткань листьев сои с удобренных участков содержала больше фосфора и калия, чем с неудобренных.
«Одним из неожиданных результатов по покровным культурам стала защита всходов сои от поедания оленями, - отметил Шэнкл. - Мы обнаружили, что когда стерня биомассы покровных культур оставалась над всходами сои, олени не приближались к растениям сои. Поэтому поедание оленями соевой растительности было более распространено на участках без обработки покровными культурами».
Он считает, что благодаря стабильной урожайности и подтвержденным изменениям в состоянии здоровья почвы, это исследование поможет фермерам лучше понять пользу от внесения птичьего помета и размещения покровных культур. Экономическая модель поможет им определить программы покровных культур, которые компенсируют изменение прибыльности от принятия системы, ориентированной на улучшение устойчивости здоровья почвы в будущем.
Источник: SRIN. Автор: Лора Темпл.
На фото вы видите образец почвы из исследования систем покровных культур, содержащий разнообразный набор микроорганизмов, а также видимых дождевых червей. Фото: Mississippi State University.
