«Каждый луч солнца, не уловленный зеленой поверхностью поля, луга или леса, - богатство, потерянное навсегда, и за растрату которого более просвещенный потомок когда-нибудь осудит своего невежественного предка»
Современное сельское хозяйство сталкивается со множеством вызовов, которые ставят под угрозу продовольственную безопасность и устойчивое развитие аграрных систем. Среди ключевых проблем выделяются деградация почв, эрозия, утрата плодородия и уменьшение биологического разнообразия.
По данным Продовольственной и сельскохозяйственной организации ООН (FAO), до 33% мировых почв подвержены деградации в результате интенсивного использования. Эти проблемы осложняются динамичным изменением климата, ростом населения и необходимостью увеличения производства продовольствия без дальнейшего расширения сельскохозяйственных угодий. В условиях глобальных изменений для поддержания сельского хозяйства и обеспечения продовольственной безопасности требуются инновационные подходы, среди которых важную роль играют почвопрокровные промежуточные сидеральные культуры (далее – «покровные культуры»).
Покровные культуры — это промежуточные культуры, которые высеваются между основными товарными культурами. Их основной целью является улучшение свойств почвы. В отличие от сидератов (культур, выращенных на зеленую массу для заделки в почву в качестве органического удобрения), покровные культуры не заделываются в почву и не подвергаются обработке. Их роль заключается в структурировании почвы, улучшении инфильтрации воды и повышении ее влагоемкости, что особенно важно для засушливых регионов.
Покровные культуры снижают зависимость от агрохимикатов и способствуют восстановлению экосистемных функций почвы, тем самым создавая основу для устойчивого земледелия
Технология посева покровных культур широко применяется в различных регионах мира. В России они стали применяться впервые в 2009 году в Белгородской области, а с 2017 года – в Крыму, и за это время были получены важные результаты, которые позволяют судить о пользе данной агротехнической практики.
В США технологию минимальной обработки почвы (“ноу-тилл”) практикует около 30% фермеров, в то время как покровные культуры применяют лишь 5-10% сельхозпроизводителей. В США даже существуют государственные программы, которые субсидируют посев покровных культур. Однако многие фермеры сеют их не ради субсидий, а потому что понимают их преимущества. В целом, покровные культуры помогают повышать урожайность и рентабельность. Однако важно помнить, что они работают как долгосрочные инвестиции. Это сравнимо с приобретением техники, которая окупится лишь через несколько лет.
Покровные культуры выступают ключевым элементом в борьбе с деградацией земель, способствуя улучшению состояния почв и повышению урожайности. Они помогают сократить эрозию, улучшают водоудерживающие свойства почв и способствуют накоплению органического вещества. В условиях изменения климата и снижения доступности природных ресурсов (вода, земля) покровные культуры играют важную роль в восстановлении земель и увеличении устойчивости агроэкосистем. Благодаря своим экологическим и экономическим преимуществам покровные культуры позволяют поддерживать баланс между интенсивным сельским хозяйством и природоохранными задачами.
Роль покровных культур в устойчивом земледелии
В течение первых лет экспериментов было установлено, что покровные культуры работают как долгосрочные инвестиции в почву. Сразу получать увеличение урожайности не всегда удается, так как покровные культуры требуют определённого времени для достижения устойчивых результатов. Однако в долгосрочной перспективе они способствуют повышению плодородия и улучшению устойчивости почвы. Это приводит к снижению затрат на удобрения и пестициды, что, в свою очередь, повышает рентабельность производства. Например, фермеры в США уже активно применяют покровные культуры для улучшения устойчивости почвы, хотя процент их использования ниже, чем технология минимальной обработки почвы.
В контексте глобальных вызовов исследование покровных культур приобретает особую актуальность. Оно позволяет оценить их потенциал как средства для борьбы с деградацией земель и повышения продуктивности сельского хозяйства. Это имеет прямое отношение к вопросам продовольственной безопасности, так как улучшение состояния почв и повышение урожайности без ущерба для окружающей среды может стать одним из ключевых факторов стабилизации сельскохозяйственного производства в условиях глобальных изменений.
Историческая эволюция использования покровных культур
История земледелия насчитывает тысячелетия, и многие древние цивилизации уже понимали важность сохранения плодородия почвы. Так, в Древнем Египте и Месопотамии были использованы многолетние травы и бобовые культуры для поддержания плодородия и предотвращения эрозии. Покровные культуры были известны и в Древнем Китае, где их применяли для улучшения структуры почвы и накопления органического вещества. Однако с развитием сельского хозяйства и увеличением численности населения потребность в интенсивном использовании земли постепенно привела к отходу от традиционных природосберегающих методов.
Индустриальная революция и развитие механизированного сельского хозяйства в XVIII-XIX веках привели к значительным изменениям в методах производства. Особенно большой вред почвам принесло изобретение и внедрение в сельское хозяйство отвальных плугов, что привело к масштабной эрозии и истощению почв. По мере роста городов, сельское хозяйство становилось более интенсивным, что сопровождалось масштабным применением удобрений и пестицидов. Это привело к снижению роли природных методов сохранения почвы, таких как покровные культуры, и ускорило процессы деградации земель. Одним из наиболее серьезных последствий индустриализации стало массовое истощение почв, что наглядно проявилось в США в начале XX века, когда «Пыльные бури» 1930-х годов стали результатом интенсивного возделывания без учета природных ограничений.
Сегодня мы наблюдаем возрождение интереса к покровным культурам как ответ на экологические вызовы. Современные исследования показывают, что использование покровных культур может существенно улучшить состояние почв и снизить негативное воздействие сельского хозяйства на окружающую среду. Введение инновационных технологий, таких как точное земледелие и минимальная обработка почвы, в сочетании с покровными культурами позволяет достичь высоких результатов как в сохранении почв, так и в повышении урожайности. Важно отметить, что сегодня покровные культуры интегрируются в более широкие системы устойчивого земледелия, включая органическое земледелие и системы агролесоводства.
Экологические преимущества покровных культур
Покровные культуры оказывают положительное воздействие на почву, улучшая её структуру и биологическую активность. За счёт разнообразной корневой системы, включающей как стержневые, так и мочковатые корни, покровные культуры способны проникать в глубокие слои почвы, извлекая оттуда влагу и питательные вещества. Благодаря такой корневой системе почва обогащается, становится более структурированной и водоудерживающей. Это особенно важно в системе “ноу-тилл”, где структура почвы формируется медленно, но покровные культуры могут ускорить этот процесс.
Покровные культуры помогают также устранить так называемую плужную подошву — уплотнённый слой почвы, образующийся при традиционной обработке. Благодаря корневой системе растений этот уплотнённый слой разрушается, что улучшает инфильтрацию воды и уменьшает эрозию почвы.
Одним из ключевых экологических преимуществ покровных культур является их способность предотвращать эрозию почвы. Ветровая и водная эрозия являются основными причинами потери плодородия и деградации земель. Покровные культуры создают природный барьер, защищающий почву от эрозии, улучшая при этом ее структуру и аэрацию. Корневая система этих культур способствует удержанию почвенных частиц и предотвращает их вымывание во время осадков или ветров.
Покровные культуры способствуют увеличению содержания органического вещества в почве. Это происходит за счет внесения корневых выделений и растительных остатков, которые разлагаются и образуют гумус — важнейший компонент плодородной почвы. Органическое вещество улучшает структуру почвы, повышает ее водоудерживающую способность и стимулирует активность почвенных микроорганизмов, которые играют ключевую роль в цикле питательных веществ.
Покровные культуры позволяют сделать севооборот более разнообразным, что помогает разрывать циклы заболеваний и вредителей, а также улучшать почвенное питание за счёт различных типов растений. Это позволяет не только повысить рентабельность, но и уменьшить затраты на пестициды, гербициды и удобрения.
Одним из важных аспектов использования покровных культур является их влияние на биологическое разнообразие. Они создают среду обитания для полезных микроорганизмов и насекомых, включая опылителей и хищных насекомых, которые помогают контролировать численность вредителей.
Покровные культуры также стимулируют развитие почвенной микробиоты, которая играет ключевую роль в поддержании здоровья почвы и агроэкосистем. Благодаря увеличению содержания органического вещества и снижению необходимости использования агрохимикатов, покровные культуры способствуют восстановлению почвенного биологического разнообразия, что, в свою очередь, повышает устойчивость агроэкосистем к заболеваниям и стрессам, связанным с климатическими изменениями. Это позволяет сельскому хозяйству снизить зависимость от синтетических средств защиты растений и минимизировать негативное воздействие на окружающую среду.
Одним из важных экологических эффектов покровных культур является их вклад в уменьшение выбросов парниковых газов. Покровные культуры, особенно бобовые, способствуют фиксации азота в почве, что снижает потребность в применении синтетических азотных удобрений. Снижение использования азотных удобрений, в свою очередь, уменьшает выбросы закиси азота — мощного парникового газа, образующегося в результате разложения избыточного азота в почве из-за нередкой передозировки азотных удобрений. Более того, покровные культуры способствуют углеродному секвестированию, так как они способствуют накоплению органического углерода в почве. Это делает их эффективным инструментом для смягчения последствий изменения климата.
Какую роль играют покровные культуры:
- Устраняют уплотнённые слои почвы: Глубокие корневые системы таких культур, как рапс, кукуруза, подсолнечник, сорго разрушают уплотнённые слои почвы (плужную подошву), что способствует улучшению вертикальной инфильтрации влаги и накоплению её в более глубоких горизонтах. Это особенно важно для почв, подверженных уплотнению вследствие интенсивной обработки.
- Останавливают эрозию: растения своими корнями скрепляют почву и не дают ей быть унесённой ветрами или быть смытой осадками, даже очень сильными ливнями, которые происходят сейчас в разных странах планеты. Корни растений стимулируют биологическую активность, способствуя образованию гифов – тончайших невидимых человеческому глазу грибных нитеобразных структур, которые скрепляют мельчайшие частички почвы в водоустойчивые стабильные долгосрочные агрегаты. Бактериальные структуры быстро формируются и быстро распадаются – в течении всего пары месяцев. В то время, как гифы создают паутиноподобные устойчивые скрепляющие почву структуры, которые могут сохраняться годами. Кроме того, гифы и споры грибов арбускулярноймикоризы в большом количестве вырабатывают почвенный гликопротеин гломалин, а связанные с гломалином почвенные белки (GRSP) влияют на плодородие почвы.
- Улавливают и циклируют элементы питания: в процессе роста покровная культура, как и любое растение, набирает элементы питания, встраивая их в своё тело, а потом, разлагаясь, высвобождает их и передаёт следующим культурам. Это особенно актуально там, где используются минеральные удобрения, потому что покровные культуры заберут все неиспользованные минеральные удобрения и накопят в себе, а на следующий год передадут их другому растению. Благодаря этому получается сэкономить до 30% минеральных удобрений. В противном случае, оставшиеся минеральные удобрения загрязняют собою грунтовые воды и вымываются в водоёмы и реки.
- Производят азот и другие элементы питания, снижают использование минеральных удобрений: горчица и рапс достают фосфор из почвы; бобовые добывают из атмосферы и почвы и накапливают в себе азот; подсолнечник из нижних глубинных слоёв почв извлекает и накапливает в себе бор, который ему нужен для роста. Разные растения накапливают и синтезируют различные элементы, обогащая таким образом почву.
- Увеличивают органическое вещество в почве и плодородие: все растения вдыхают и добывают из воздуха углерод и помещают его затем в почву, повышая тем самым её плодородие. Углерод – главный элемент, который содержится в гумусе, который и обеспечивает плодородие почвы.
- Увеличивают популяцию червей и всех микроорганизмов в почве, почва становится биологически активной: количество червей под покровными культурами увеличивается на 300-400%, а черви – это «главные пахари земли».
- Обеспечивают покров почвы: когда почва накрыта растительными остатками – она защищена от солнечного света и солнечной радиации, она не перегревается и благодаря этому не иссыхает; она закрыта от сильных ударов больших ливневых осадков и града – благодаря этому она не переуплотняется.
- Способствуют снегоудержанию: Вегетативная масса покровных растений, ушедших в зиму в нетронутом стоячем состоянии, помогает удержанию снежных масс на полях, что значительно увеличивает запасы продуктивной влаги в начале весеннего сезона. Так, по согласно исследованиям, на экспериментальных участках с покровными культурами объем снега превышал контрольный от двух до пяти раз.
- Улучшают структуру почвы: благодаря своей корневой системе покровные культуры способствуют формированию более пористой и структурированной почвы, увеличивают инфильтрацию, то есть, влагопоглощающую способность земли: когда растение разлагается, его корневые каналы остаются, и вся талая и выпадающая на поля влага легко проникает в почву. Это улучшает распределение влаги по почвенному профилю, снижает поверхностный сток и уменьшает риск эрозии.
- Повышают влагоудерживающую способность: чем больше в почве органического вещества, чем больше в ней углерода – тем больше и дольше почва способна удержать в своих соединениях влаги. Основа гумуса – это углерод. Одним из важнейших показателей здоровой почвы является её способность быстро впитывать и долгое время удерживать в себе влагу. В условиях изменения климата и увеличения частоты засушливых периодов поддержание достаточного уровня влаги в почве, необходимого для нормального роста и развития сельскохозяйственных культур является одной из значимых проблем современного сельского хозяйства. Покровные культуры играют ключевую роль в решении этой проблемы. Эффект удержания влаги проявляется особенно ярко в засушливые годы, когда основные сельскохозяйственные культуры страдают от недостатка влаги на полях без покровных растений, тогда как участки с покровными культурами демонстрируют стабильную урожайность благодаря лучшему водному режиму. Здоровые почвы, впитавшие в себя весенние талые воды дают стабильные средние урожаи даже при полном отсутствии летних осадков.
- Улучшают качество воды: не секрет, что на полях применяется множество пестицидов и удобрений, которые вместе с водой могут вымываться в грунтовые воды и водоёмы. А покровные культуры структурируют почву, способствуют удержанию на полях удобрений и влаги. И плюс покровные культуры повышают биологическую активность, а высокая биологическая активность разлагает пестициды и тяжёлые металлы, благодаря чему качество почвенных вод улучшается.
- Позволяют выпасать животных: выпас на полях животных, особенно коров, очень хорошо сказывается на плодородии почв. Щипая траву на полях, животные оставляют на них продукты своей жизнедеятельности, а их копыта чуть-чуть подрывают верхний слой дёрна, что помогает усвоению почвами этих полезных веществ.
- Обеспечивают дом для полезных насекомых: помогают накопить энтомофагов – полезных насекомых и других существ, которые едят вредных насекомых;
- Помогают бороться с болезнями и вредителями: создают разрыв в высеве культурных растений, уменьшая количество болезней, вредителей.
- Контроль сорняков: покровные культуры обладают аллелопатическими свойствами, то есть способны выделять химические соединения, которые подавляют рост сорняков и патогенов. Эти соединения, такие как фенольные кислоты и терпеновые соединения, препятствуют прорастанию семян сорняков и уменьшают их конкурентоспособность в посевах. В результате использование покровных культур может значительно снизить потребность в гербицидах, что имеет важное значение для экологически чистого производства сельскохозяйственных продуктов. Кроме того, подавление сорняков способствует улучшению условий для роста основных культур, что положительно сказывается на урожайности.
- Позволяют вносить навоз и навозную жижу
- Повышают засухоустойчивость
- Улучшают здоровье почвы, живые корни кормят почвенную сеть
- Передают живую микоризу следующей культуре
- Увеличивают урожайность
- Улучшают экономику, снижают затраты и т.д.
Экономические выгоды и повышение урожайности
Использование покровных культур имеет значительный потенциал для повышения урожайности основных сельскохозяйственных культур. Исследования показывают, что улучшение структуры почвы, повышение содержания органического вещества и снижение эрозии приводят к созданию более благоприятных условий для роста основных культур. Например, бобовые покровные культуры, такие как вика или горох фиксируют атмосферный азот, что улучшает азотное питание последующих культур, таких как кукуруза или пшеница. Это позволяет увеличить урожайность без значительного увеличения затрат на удобрения.
Кроме того, в Европе и в некоторых штатах США фермеры, использующие покровные культуры, получают доступ к различным программам поддержки устойчивого сельского хозяйства, включая субсидии и гранты, предоставляемые государствами и международными организациями. Это позволяет им компенсировать начальные инвестиции и получить дополнительную экономическую выгоду от внедрения экологически безопасных методов ведения сельского хозяйства.
Снижение затрат на агрохимикаты
Одним из ключевых экономических преимуществ покровных культур является снижение затрат на агрохимикаты. Благодаря подавлению сорняков и патогенов, а также фиксации азота бобовыми культурами, фермеры могут сократить использование гербицидов и азотных удобрений. Это приводит к значительной экономии, особенно в условиях растущих цен на химические средства защиты растений и удобрения. В странах с развитыми аграрными секторами, таких как США и Австралия, фермеры отмечают снижение расходов на агрохимикаты до 30-40% при систематическом использовании покровных культур.
Бобовые покровные культуры, такие как горох и фасоль, могут фиксировать до 100-200 кг азота на гектар, что снижает необходимость в применении азотных удобрений. Это не только экономически выгодно, но и помогает минимизировать негативное воздействие на окружающую среду, так как избыточный азот из удобрений может вымываться в водоемы, вызывая их эвтрофикацию и снижая качество питьевой воды.
Долгосрочная устойчивость хозяйств
Использование покровных культур также способствует долгосрочной устойчивости сельскохозяйственных хозяйств. За счет улучшения состояния почв, повышения их плодородия и уменьшения деградации земель фермеры могут обеспечить стабильные урожаи на протяжении многих лет. Это особенно важно для хозяйств, которые сталкиваются с последствиями изменения климата и уменьшением доступности природных ресурсов. В долгосрочной перспективе покровные культуры помогают снизить риски, связанные с деградацией почв и зависимостью от агрохимикатов, что делает хозяйства более устойчивыми и рентабельными.
Кроме того, в некоторых странах Европы и в США фермеры, использующие покровные культуры, получают доступ к различным программам поддержки устойчивого сельского хозяйства, включая субсидии и гранты, предоставляемые государствами и международными организациями. Это позволяет им компенсировать начальные инвестиции и получить дополнительную экономическую выгоду от внедрения экологически безопасных методов ведения сельского хозяйства.
Подбор покровных культур. Моно- и смеси
Одним из ключевых аспектов успешного внедрения покровных культур является правильный выбор покровных культур и смесей в зависимости от климатических условий, типов почв и целей, которые преследуют фермеры. Например, в засушливых регионах предпочтительны смеси покровных культур или озимые, а лучше и то, и другое. В районах с высоким уровнем осадков лучше всего использовать бобовые, такие как клевер или фасоль, которые обеспечивают хорошую фиксацию азота. Выбор многолетних или однолетних покровных культур также зависит от продолжительности периода между основными культурами и наличия ресурсов для управления биомассой.
Для оптимального использования покровных культур важно учитывать их влияние на последующие товарные культуры. Например, бобовые лучше высевать перед пшеницей, а после кукурузы предпочтительно высевать такие культуры, как овес или рожь, которые помогут восстановить структуру почвы и уменьшить уплотнение.
Там, где высевается много кукурузы, рапса и сои (как, например, в США), а также подсолнечника, в качестве покровной культуры чаще всего используется рожь, но только её не собирают, а используют только лишь для покрова. В Аргентине используют в качестве покровной культуры в основном вику.
В России же, где основными культурами являются зерновые, пшеница и рожь, в качестве покровных культур лучше использовать вику, горох или же их содержащие смеси.
Смеси решают множество задач и могут состоять из 8-16 и более разных растений. Обширный международный опыт показывает, что в смеси должно входить минимум восемь культур. В количестве до восьми культуры конкурируют друг с другом, а начиная с восьми и больше они начинают сотрудничать друг с другом, создают симбиоз, синергию, помогая друг другу, оказывая комплексный позитивный эффект на почву. Смеси рационально расходуют влагу, поскольку разные растения потребляют влагу в разное время; они потребляют элементы питания в разное время суток и в разное время сезона. У них разная архитектура как под, так и над землей, благодаря чему они защищают друг друга от солнца и других внешних неблагоприятных условий. И их корневая система проникает вглубь почвы на разную глубину – благодаря этому смесь всегда более засухоустойчива, чем монопосев.
У разных растений различная архитектура корней. Есть растения с мочковатой системой корней – такие, как вика, ячмень, рожь, овёс, а есть растения с мощной стержневой системой, которая проникает далеко вглубь и пробивает плотные нижние слои почвы. Такие культуры, как рапс, кукуруза, суданка и сорго обладают стержневой мощной системой, которая за один вегетационный период может уйти на глубину два метра и больше, и следующая культура, которая будет прорастать своими корнями в каналы, которые оставят после себя корни перегнивших растений, будет получать больше влаги из почвенных нижних слоёв. У подсолнечника корневая система одновременно и стержневая, и мочковатая. При этом не существует одной какой-то волшебной культуры, которая хорошо структурирует почву на всю её глубину, поэтому самый хороший результат дают именно смеси растений с различной архитектурой корней, что лучше всего структурирует почву от верхних до самых глубинных слоёв.
Разные растения образуют связи с разной микрофлорой: бактериальной и грибковой (микоризой), что позволяет достичь «кворума». Благодаря всему этому при применении смесей в почве за один год проходит 4 -10 биологических лет.
Смесь разных покровных культур стимулирует разную почвенную биологию. А разная почвенная биология создаёт разные почвенные агрегаты, что увеличивает тем самым влагоудерживающие способности почв. Хорошо структурированные, рыхлые почвы хорошо впитывают и удерживают в себе влагу, в то время как плотные, твёрдые почвы влагу от себя просто отталкивают.
В засушливых регионах монопосев покровных культур практиковать можно, но делать это лучше всего для покрова на зиму, а летом в качестве промежуточных покровных культур лучше всего практиковать именно смеси. Смеси лучше всего высевать после озимых зерновых, потому что они убираются рано, и есть ещё месяц-два, чтобы покровные культуры могли достаточно вырасти. Месяц-два вегетации – это достаточно важно. После озимой пшеницы нужно высевать смеси, а под яровые культуры нужно высевать озимые покровные культуры.
Вика является рекордсменом по накоплению азота в почве. Она хорошо всходит, очень хорошо структурирует почву, вступает хорошо в связь не только с азотофиксирующими бактериями, но и с микоризными грибами, поэтому она – отличный предшественник для многих культур и часто используется и как монокультура, и в смесях.
Покровные культуры подбираются индивидуально под каждое хозяйство в зависимости от климатических условий, вегетативного периода, почвы, осадков и севооборота – чтобы разнообразить севооборот и сделать разрыв от болезней, сорняков и вредителей высаживаются другие культуры.
При этом необходимо отметить один немаловажный эффект: когда зерно убирается, часть зерна осыпается, и эти зёрна (падалица) прямо с поверхности очень хорошо всходят. На поле, на котором росла пшеница, хорошо всходит падалица пшеницы; на поле, где росла рожь – хорошо всходит падалица ржи. С поверхности после уборки хорошо всходят горох, рапс; лён после дождя хорошо всходит. А на других полях, если посеять рапс после пшеницы, или пшеницу после рапса – они очень тяжело всходят. Это говорит нам о том, что каждая культура под себя формирует биологию почвы, или биология почвы формируется под ту культуру, которая растёт – поэтому падалица, подстроенная под данную биологию почв, очень хорошо всходит.
Конечно, урожаи от падалицы не бывают хорошие, потому что не та плотность посева и плюс остаются болезни, вредители и т.д. Но это говорит нам о том, что имеет смысл добавлять в состав промежуточных смесей ту культуру, которую будут выращивать для подготовки биологии почвы к этой культуре – особенно это полезно для сои. (Подсолнечник – исключение: его не нужно добавлять в предшествующие ему смеси, чтобы избежать распространения заразихи, которая паразитирует на его корнях – чтобы снизить риск этой проблемы)
Методы посева
В зависимости от климатический условий используются разные методы посева покровных культур:
- Разбрасывание семян (прямой посев) РУМом (разбрасывателем) за одну-две недели перед сбором урожая – подсев.
Прямой посев является одной из наиболее эффективных технологий, так как он позволяет уменьшить обработку почвы и сохранить ее структуру, что особенно важно для минимизации эрозии.
Подсев покровных культур в период вегетации основной культуры (за 7,10 или 14 дней до сбора урожая) применяют, чтобы избежать сорняков; это позволяет минимизировать потери времени и ресурсов, а также улучшить защиту почвы в межсезонье. - Разбрасывание семян дроном. Поскольку грузоподъёмность дронов не очень высокая, с их помощью разбрасывают, как правило, мелкие семена типа горчицы (осуществляя подсев чаще всего за неделю перед уборкой). В США для разбрасывания семян с воздуха используют так же и лёгкие самолёты и вертолёты.
- Разбрасывание семян в момент сбора урожая: на комбайны ставятся небольшие контейнеры, и сразу за жаткой семена раскидываются вентилятором.
- Разбрасывание семян самоходным опрыскивателем: в контейнер переоборудованного опрыскивателя вместо жидкости насыпаются семена, которые ветром раздуваются на всю ширину штанги опрыскивателя – такой метод очень распространён в Аргентине для высева кукурузы.
- Традиционный посев семян сеялкой в землю в день сбора урожая. Глубина посева до 4 см.
Методы прямого посева путём разбрасывания семян с воздуха применимы во влажных регионах с достаточной долей осадков, а в засушливых регионах только посев семян сеялкой даёт гарантию всходов.
В районах с большим количеством осадков покровные культуры лучше всего себя показывают: они дают большую биомассу, дают больший и явно заметный эффект (30мм минимально, 80мм оптимально, больше – лучше).
Перед началом использования покровных культур лучше всего предварительно пару лет попрактиковать севооборот.
Управление биомассой
Современные методы возделывания покровных культур требуют специализированного оборудования и технологий. Для посева и управления биомассой покровных культур часто используются специальные сеялки, которые позволяют проводить прямой посев без обработки почвы, что сохраняет ее структуру и предотвращает эрозию. Кроме того, существует оборудование для управления биомассой, например, прикатывающие катки, которые позволяют использовать покровные культуры в качестве мульчи, снижая необходимость в гербицидах.
Проблемы и ограничения внедрения
Одним из основных ограничений применения покровных культур являются агроклиматические условия. В засушливых регионах покровные культуры могут столкнуться с дефицитом влаги, что снижает их эффективность и может привести к конкуренции с основными культурами за воду. В регионах с экстремально холодным климатом покровные культуры могут погибнуть из-за заморозков или не успеть развиться из-за короткого вегетационного периода. Однако покровные культуры могут помочь решить эти проблемы, делая возможным их использование в более широких климатических условиях.
Экономические барьеры
Несмотря на долгосрочные экономические выгоды, начальные инвестиции в покровные культуры могут стать значительным препятствием для фермеров, особенно в условиях низкой маржинальности сельскохозяйственного производства. Покупка семян, оборудования и необходимость обучения персонала требуют дополнительных затрат. Кроме того, период окупаемости инвестиций может быть достаточно длительным, особенно если фермеры не получают немедленного увеличения урожайности или снижения затрат на агрохимикаты.
Чтобы преодолеть эти барьеры, в ряде стран действуют программы субсидий и грантов для фермеров, внедряющих устойчивые методы ведения сельского хозяйства, включая покровные культуры. Государственная поддержка играет важную роль в стимулировании перехода на экологически чистые технологии, особенно для малых и средних хозяйств, которые испытывают финансовые трудности при внедрении новых агротехнологий.
Технические вызовы
Одной из наиболее распространенных проблем при внедрении покровных культур является управление остатками биомассы. Большое количество биомассы покровных культур может затруднить посев основных культур и потребовать дополнительных затрат на уборку или переработку. Кроме того, в некоторых случаях возможно негативное взаимодействие покровных культур с основными культурами, например, при конкуренции за влагу или при выделении токсичных для последующих культур аллелопатических соединений.
Решение этих проблем требует адаптации технологий возделывания, включая выбор правильных методов посева и управления биомассой, а также использование специализированного оборудования.
Социально-экономические факторы
Одним из важных барьеров на пути широкого внедрения покровных культур является сопротивление изменениям со стороны фермеров. Многие из них привыкли к традиционным методам ведения хозяйства и не всегда готовы принять новые агротехнологии. Недостаток информации и образования также играет важную роль в замедлении процесса внедрения покровных культур. Фермеры часто не осведомлены о всех преимуществах покровных культур и их долгосрочной экономической и экологической выгоде.
Для преодоления этого барьера необходимо активное распространение знаний о покровных культурах, проведение обучающих семинаров и консультаций, а также информационная поддержка со стороны аграрных университетов и исследовательских институтов. Важно также развивать программы обмена опытом между фермерами, чтобы успешные примеры внедрения покровных культур становились известны более широкому кругу сельхозпроизводителей.
Агротехнологические инновации и роль человека
Автоматизация и роботизация сельского хозяйства позволяет увеличить точность выполнения сельскохозяйственных операций. Роботизированные системы для точечного посева и внесения удобрений позволяют минимизировать влияние на почву и снизить расходы на рабочую силу. Применение технологий точного земледелия, основанных на анализе больших данных, позволяет оптимизировать выбор культур, время посева и методы управления биомассой. Системы мониторинга почв, дронов и спутникового наблюдения позволяют собирать данные о состоянии полей в реальном времени. Тем не менее, в подборе покровных культур наиболее важным является сам человек, его интуиция, опыт, чутьё, его связь с Землёй, чтобы определить, где, что посеять, что будет лучше расти именно на этом поле именно в этот год, между какими культурами что лучше будет расти. Естественная связь человека с Природой и почвой всегда будут очень важны.
Экологическое законодательство и политика
Государственные программы поддержки устойчивого земледелия играют ключевую роль в развитии и распространении покровных культур. Многие страны уже включили меры по внедрению покровных культур в свои программы сельскохозяйственных субсидий и стимулов. Международные соглашения, такие как Парижское соглашение по климату, также оказывают влияние на сельскохозяйственные политики, стимулируя фермеров к переходу на более экологичные методы ведения хозяйства.
Важным аспектом является разработка стандартов и регуляций, которые обеспечат соблюдение принципов устойчивого земледелия и будут стимулировать внедрение покровных культур. Государственная поддержка может включать как финансовые стимулы, так и программы обучения и распространения информации среди фермеров.
Образование и распространение знаний
Образование и обучение играют важную роль в успешном внедрении покровных культур. Аграрные университеты и исследовательские институты должны активно участвовать в распространении знаний о покровных культурах, их преимуществах и методах применения. Курсы и программы по устойчивому земледелию, включающие практическое обучение возделыванию покровных культур, помогут подготовить новое поколение фермеров, которые будут использовать современные методы ведения сельского хозяйства.
Также важным является создание платформ для обмена опытом между фермерами, исследователями и аграрными консультантами. Такие платформы могут включать онлайн-ресурсы, семинары, фермерские кооперативы и информационные порталы, которые помогут распространить успешные примеры использования покровных культур и способствовать их широкому внедрению.
Успешные примеры
В Соединенных Штатах и Канаде использование покровных культур уже стало важной частью систем устойчивого земледелия. В американских штатах Айова, Иллинойс и Огайо покровные культуры активно применяются в севооборотах для борьбы с эрозией почвы и улучшения содержания органического вещества. Согласно данным Министерства сельского хозяйства США (USDA), фермеры, использующие покровные культуры, отмечают увеличение урожайности кукурузы и сои на 10–15% в долгосрочной перспективе. Это связано с улучшением структуры почвы и повышением ее плодородия. Кроме того, наблюдается сокращение использования азотных удобрений за счет способности бобовых покровных культур фиксировать атмосферный азот.
В Канаде успешные примеры внедрения покровных культур можно найти в провинциях Онтарио и Манитоба, где фермеры применяют покровные культуры для борьбы с выветриванием почвы, особенно в районах с засушливым климатом. Ключевым фактором успеха является использование многолетних трав, таких как овес и райграс, которые помогают не только защитить почву, но и снизить необходимость в использовании агрохимикатов.
Европа также демонстрирует успешные примеры внедрения покровных культур. В Германии, Франции и Нидерландах покровные культуры активно используются в рамках политики устойчивого сельского хозяйства, поддерживаемой Евросоюзом. В Германии фермеры, внедряющие покровные культуры, получают государственные субсидии в рамках программ «зеленых» инициатив, направленных на улучшение состояния почв и сокращение выбросов парниковых газов. Французские фермеры успешно используют покровные культуры, такие как горчица и фасоль, для улучшения азотного питания почвы и повышения устойчивости к засухе.
Положительный опыт в России
В России использование покровных культур также начинает набирать популярность, в первую очередь, в регионах с наиболее сложными погодными и природными условиями, побуждающими аграриев искать разнообразные способы сохранения и повышения плодородия почв. Благодаря этому фермеры в тех регионах могут увеличить прибыльность своих хозяйств, дать им устойчивость. В то время, как в Краснодарском крае, где у фермеров всё пока что и так хорошо, они не спешат использовать технологии по сохранению почвы.
Алексей Сергеевич Перепелица, фермер из Крыма, использует покровные культуры на своих полях с 2017 года. Используя смеси из 12 и более культур после уборки зерновых культур, он смог существенно улучшить структуру почвы, благодаря чему урожайность всех видов культур, включая и кукурузу, увеличилась, как минимум, на 10-15%; особенно хорошо это сказалось на урожайности яровых: льна, гороха и нута – они получили прибавку до 30%; а урожайность пшеницы следующий год после вики увеличилась до 50%, что очень хорошо повышает рентабельность. При этом минеральные удобрения Алексей вообще не использовал. По его словам, ключевым фактором успеха стало правильное чередование культур и минимальная обработка почвы по системе ноу-тил.
В один из сезонов осенью после сбора урожая в его регионе прошёл сильный ливень, который на соседних сельскохозяйственных угодьях смыл в реку 15 см плодородного слоя почвы, в то время как на полях Алексея Перепелицы, который в день сбора урожая посеял смесь покровных культур, плодородный слой почвы был полностью сохранен. Покровные культуры обеспечили защиту от эрозионных процессов благодаря образованию плотного корневого покрова, который способствовал удержанию почвенных частиц даже при интенсивных осадках. Это позволило сохранить плодородие почвы и избежать очень серьёзных потерь.
В качестве покровных культур на зиму Алексей чаще использует вику и другие бобовые или широколистные культуры, а в качестве промежуточных покровных культур летом – смеси, которые сами по себе более устойчивы к засухе, делая упор на такие культуры, как кукуруза, овёс, сорго, лён, добавляя к ним как элементы чечевицу, нут, редьку, горчицу, просо, рапс, донник, горох и суданку (суданка – одна из самых засухоустойчивых культур).
Сравнительный анализ
Сравнение успешных примеров внедрения покровных культур в разных регионах показывает, что их эффективность напрямую зависит от правильного выбора культур, методов их применения и климатических условий. В странах с умеренным климатом, таких как Германия и Канада, покровные культуры особенно эффективны в борьбе с эрозией и повышением плодородия почв. В засушливых регионах, таких как юг России и север США, покровные культуры помогают улучшить водоудерживающую способность почвы и снизить негативное влияние засухи.
В то же время, несмотря на общие принципы применения покровных культур, каждая страна и регион сталкивается с уникальными вызовами и барьерами. Например, в засушливых регионах применение покровных культур может быть ограничено дефицитом влаги, тогда как в регионах с избытком осадков проблемы могут быть связаны с управлением биомассой. Это подчеркивает необходимость адаптации методов применения покровных культур под местные условия, а также важность поддержки со стороны государства и образовательных учреждений.
Роль покровных культур в международной продовольственной безопасности
Проведенное исследование показало, что покровные культуры играют важную роль в эволюции сельского хозяйства, обеспечивая как экологические, так и экономические выгоды. Они способствуют улучшению состояния почвы, повышению ее плодородия, сокращению эрозии и увеличению содержания органического вещества. Применение покровных культур снижает зависимость от агрохимикатов, улучшает водоудерживающую способность почв и способствует смягчению последствий изменения климата за счет углеродного секвестрирования и снижения выбросов парниковых газов.
Экономические выгоды от применения покровных культур включают повышение урожайности основных культур, снижение затрат на удобрения и пестициды, а также улучшение долгосрочной устойчивости сельскохозяйственных хозяйств. Несмотря на первоначальные инвестиции и возможные технические сложности, использование покровных культур оправдывает себя в долгосрочной перспективе благодаря улучшению состояния почв и повышению их продуктивности.
Практическое использование покровных культур
Покровные культуры лучше всего засевать в день сбора урожая. В зависимости от климатических условий и целей, фермеры могут выбрать различные виды покровных культур. Наиболее часто используемые культуры включают:
- Вика (лат. Vicia sativa) – горошек посевной, вид травянистых растений семейства Бобовые (Fabaceae). Рекордсмен по количеству насыщения почвы азотом; хорошо структурирует почву. Норма высева: 10-15 кг/га.
- Горчица белая (Sinapis alba) – обладает высокими аллелопатическими свойствами, подавляет сорняки, улучшает структуру почвы. Норма высева: 12-15 кг/га. Стоимость семян: около 60-70 рублей за 1 кг.
- Люцерна (Medicago sativa) – бобовая культура, фиксирующая азот, улучшает азотное питание последующих культур. Норма высева: 10-15 кг/га. Стоимость семян: 80-90 рублей за 1 кг.
- Овес (Avena sativa) – хорошо растет в условиях высокой влажности, помогает в борьбе с эрозией и удержании влаги. Норма высева: 80-100 кг/га. Стоимость семян: 20-25 рублей за 1 кг.
- Редька масличная (Raphanus sativus) – глубокие корни разрушают плужную подошву, улучшает водопроницаемость почвы. Норма высева: 10-15 кг/га. Стоимость семян: около 100 рублей за 1 кг.
Стоимость и нормы высева
Для фермеров важным аспектом является экономическая сторона использования покровных культур. Ниже представлены примерные данные по нормам высева и стоимости семян покровных культур для 1 гектара:
Рекомендации по внедрению покровных культур
Для успешного внедрения покровных культур в сельскохозяйственную практику рекомендуется:
- Поддерживать фермеров через государственные программы субсидий и грантов, стимулирующие внедрение устойчивых методов ведения хозяйства.
- Продвигать образовательные программы и консультативные службы для фермеров, чтобы обеспечить их знания о пользе и методах применения покровных культур.
- Развивать научные исследования и генетическую селекцию, направленную на создание новых сортов покровных культур, адаптированных к различным климатическим условиям и сельскохозяйственным системам.
- Стимулировать международное сотрудничество и обмен опытом между странами и регионами для распространения успешных практик и инновационных методов возделывания покровных культур.
Список используемой литературы:
- Портал фермеров России. Применение покровных культур сельскохозяйственных культур для повышения урожайности и сохранения почвы
- Tilman, D., Cassman, K. G., Matson, P. A., Naylor, R., & Polasky, S. (2002). Agricultural sustainability and intensive production practices. Nature, 418(6898), 671-677.
- Lal, R. (2004). Soil carbon sequestration impacts on global climate change and food security. Science, 304(5677), 1623-1627.
- Fageria, N. K., Baligar, V. C., & Bailey, B. A. (2005). Role of cover crops in improving soil and row crop productivity. Communications in Soil Science and Plant Analysis, 36(19-20), 2733-2757.
- Friedrich, T., Derpsch, R., & Kassam, A. (2012). Overview of the global spread of conservation agriculture. Field Actions Science Reports, 6.
- Blanco-Canqui, H., & Lal, R. (2008). Principles of soil conservation and management. Springer Science & Business Media.
- Teasdale, J. R., & Mohler, C. L. (2000). The quantitative relationship between weed emergence and the physical properties of mulches. Weed Science, 48(3), 385-392.
- Dabney, S. M., Delgado, J. A., & Reeves, D. W. (2001). Using winter cover crops to improve soil and water quality. Communications in Soil Science and Plant Analysis, 32(7-8), 1221-1250.
- Basche, A. D., Miguez, F. E., Kaspar, T. C., & Castellano, M. J. (2014). Do cover crops increase or decrease nitrous oxide emissions? A meta-analysis. Journal of Soil and Water Conservation, 69(6), 471-482.
- Kaye, J. P., & Quemada, M. (2017). Using cover crops to mitigate and adapt to climate change. A review. Agronomy for Sustainable Development, 37(1), 4.
- Weil, R. R., & Brady, N. C. (2016). The nature and properties of soils. Pearson Education