Полосы прерий — полосы травянистых многолетних растений шириной 9-30 метров внутри полей, предназначенные для восстановления некоторых преимуществ естественных почв Айовы при минимальном воздействии на урожайность. Более ранние исследования показали, что полосы прерий, созданные примерно на 10% площади поля, могут значительно увеличить биоразнообразие и среду обитания опылителей, энтомофагов, а также уменьшить эрозию и улучшить качество воды. Однако влияние зеленых полос на здоровье почвы до сих пор оставалось в значительной степени неизученным.
Результаты нового исследования, недавно опубликованного в журнале Journal of Soil and Water Conservation, показали, что полосы прерий улучшили ряд показателей здоровья почвы в течение 10–12 лет. Многолетние полосы значительно улучшили восемь из 12 показателей здоровья почвы и повысили несколько других показателей на более низких уровнях.
Наибольшее влияние было оказано в следующих областях:
Устойчивость почвенных агрегатов (до 80%) — способность почвы сопротивляться эрозии.
Микробная биомасса (до 54%) — масса микроскопических почвенных организмов, участвующих в круговороте питательных веществ и связывании углерода.
Органическое вещество почвы (до 23%) — живая и мертвая углеродсодержащая часть почвы (имеет центральное значение для здоровых почв).
Максимальная влагоудерживающая способность (до 7%) — способность почвы удерживать воду.
«Для нас стало неожиданностью увидеть масштаб этих изменений всего за десятилетие. Считалось, что для достижения таких масштабов изменений потребуется гораздо больше времени. Особенно это касается содержания органического вещества в почве и максимальной влагоудерживающей способности», — сказал Маршалл МакДэниел, доцент кафедры агрономии Университета штата Айова, координировавший работу исследовательской группы.
В течение всего периода исследования наблюдалось увеличение агрегатной стабильности и максимальной влагоудерживающей способности. Увеличение микробной биомассы и органического вещества почвы со временем стабилизировалось, при этом микробная биомасса незначительно снизилась к концу периода исследования.
В исследовании использовался метод «парного хроноскопа» для измерения изменений. Эта методика «замены пространства временем» включала 15 пар контрольных и экспериментальных участков, расположенных на полосах прерий возрастом от 2 до 13 лет и представляющих четыре из семи основных форм рельефа Айовы. Каждая пара включала экспериментальный участок на полосе прерий и контрольный участок на пахотной земле, обрабатываемый по традиционной схеме севооборота кукуруза-соя. Большинство участков исследования находились на частных сельскохозяйственных угодьях. Шесть аспектов состояния почвы измерялись в верхних шести дюймах почвы.
Более комплексная оценка состояния почвы была проведена вдоль старейшей (12-летней) полосы прерии в Национальном заповеднике дикой природы имени Нила Смита недалеко от города Прайри-Сити. Этот компонент исследования возглавила Элизабет Рике, научный сотрудник Института здоровья почвы, в рамках североамериканского проекта по оценке методов измерения состояния почвы.
Коул Даттер, получивший докторскую степень в области устойчивого сельского хозяйства и почвоведения во время работы над этим проектом, был ведущим автором исследования и двух связанных с ним проектов, посвященных более широким аспектам здоровья почвы под полосами прерий. Дополнительные результаты этих исследований показали:
Значительные изменения в микробных сообществах распространяются от зеленых полос далеко в прилегающие сельскохозяйственные угодья. Эти изменения включают повышение уровня ферментов, связанное с усилением круговорота питательных веществ и углерода, что потенциально может повысить доступность питательных веществ для сельскохозяйственных культур и увеличить накопление углерода.
Влияние полос прерий на влажность почвы и доступные для растений питательные вещества на сельскохозяйственных угодьях распространялось до 1 метра от полос, оказывая минимальное воздействие на урожайность.
Исследование демонстрирует относительно быстрые выгоды, которые могут быть получены от использования зеленых полос. Затем свой вклад в научную работу внесли фермеры.
«Некоторые фермеры, с которыми мы работали, сказали, что заинтересованы в ротации своих полос через 10 лет, чтобы распределить выгоды по всем своим полям. Коул инициировал интересные исследования, посвященные этой идее чередованию полос, и они показывают долгосрочное улучшение состояния почвы и урожайности сельскохозяйственных культур. Мы с нетерпением ждем возможности поделиться новыми результатами в следующем году», — пояснила Лиза Шульте Мур, директор Института биоэкономики Университета штата Айова и участница исследования, разработавшая практику сохранения земель STRIPS.
Поскольку Даттер готовится покинуть Университет штата Айова и перейти на преподавательскую должность в Калифорнийский государственный университет, он планирует продолжить участие в исследованиях зеленых полос.
«Наши смежные проекты показывают, что создание полос прерий — это относительно быстрый способ улучшить здоровье верхнего слоя почвы. Мы считаем, что существует большой потенциал для распространения этих преимуществ на все поля и даже повышения урожайности. Нам нужно больше узнать о том, приводит ли это и в какой степени к накоплению углерода в более глубоких слоях почвы», — сказал он.
Исследователи отмечают, что измерения агрегатной стабильности и водоудерживающей способности, использованные в этом исследовании, основаны на простых и недорогих методах, доступных неспециалистам. «Эти самодельные тесты — отличные инструменты, которые землевладельцы могут использовать для оценки состояния почвы на своих полях после внедрения изменений в управлении, таких как создание полос прерий», — сказал МакДэниел.
Агрегатную стабильность, показатель, показавший наибольшее улучшение, можно измерить с помощью смартфона, используя бесплатное приложение Slakes, поддерживаемое Институтом здоровья почв. С помощью этого приложения и пластиковой чашки Петри ученые-любители и фермеры могут измерить способность почвы противостоять эрозионным воздействиям, таким как ветер и вода.
Метод определения максимальной влагоудерживающей способности также не требует больших усилий. Используя всего лишь воронку и кофейный фильтр, любой может измерить эту способность своей почвы удерживать воду.
В исследовании также принимал участие Сидней Поттебаум, в то время студент-агроном.
Источник: Iowa State University.
На фото - исследователь из Университета штата Айова Коул Даттер в почвенном карьере рядом с полосой прерии. Автор фото: Маршалл МакДэниел/Университет штата Айова.
