Введение
Сельскохозяйственный метод
Безотвальная обработка почвы (также известная как нулевая обработка или прямое посев) – это сельскохозяйственная техника выращивания сельскохозяйственных культур или пастбищ без нарушения структуры почвы вспашкой. Безотвальная обработка уменьшает эрозию почвы, вызванную обработкой, в определенных типах почв, особенно в песчаных и сухих почвах на склонах. Другие потенциальные преимущества включают увеличение количества воды, проникающей в почву, удержание органического вещества в почве и круговорот питательных веществ. Эти методы могут способствовать увеличению количества и разнообразия живых организмов в почве и на ее поверхности. В то время как традиционные безотвальные системы используют гербициды для борьбы с сорняками, органические системы применяют комбинацию стратегий, таких как посев сидератов в качестве мульчи для подавления сорняков. Существует три основных метода безотвальной обработки почвы. "Посев в дерн" – это посев культур с помощью сеялок в дернину, полученную путем обработки гербицидами покровной культуры (уничтожение этой растительности). "Прямой посев" – это посев культур через остатки предыдущих культур. "Поверхностный посев" или "прямой посев" – это когда семена оставляют на поверхности почвы; на равнинной местности это не требует использования техники и минимальных трудозатрат. В современном сельском хозяйстве доминирует традиционная обработка почвы, но безотвальные методы могут быть успешными в определенных условиях. В некоторых случаях применяются методы минимальной обработки почвы или "частичной обработки", сочетающие в себе элементы обработки и безотвальной обработки. Например, некоторые подходы могут включать поверхностную культивацию (например, с использованием дисковой бороны), но без вспашки или полосную обработку почвы.
Предыстория
Обработка почвы – это сельскохозяйственная подготовка почвы посредством механического рыхления, как правило, с удалением сорняков, выросших в предыдущем сезоне. Обработка почвы позволяет создать ровную посевную грядку или грядку с сформированными участками, такими как ряды или приподнятые грядки, для улучшения роста желаемых растений. Это древняя техника, существование которой подтверждается данными, начиная как минимум с 3000 г. до н.э.
Безотвальная обработка почвы не эквивалентна почвозащитной или полосной обработке почвы. Почвозащитная обработка почвы – это совокупность приемов, направленных на снижение объема необходимой обработки почвы. Безотвальная и полосная обработка почвы являются формами почвозащитной обработки почвы. Безотвальная обработка почвы подразумевает полный отказ от вспашки поля. Обработка почвы через год называется ротационной. Последствия обработки почвы могут включать уплотнение почвы, потерю органического вещества, разрушение почвенных агрегатов, гибель или нарушение жизнедеятельности почвенных микробов и других организмов, включая микоризу, беспозвоночных и дождевых червей, а также эрозию почвы, при которой верхний слой почвы смывается или сдувается ветром.
Происхождение
Идея современного безотвального земледелия зародилась в 1940-х годах с Эдварда Х. Фолкнера, автора книги "Глупость плуга". Однако в этой книге Фолкнер критиковал только глубокое вспахивание плугом и его воздействие, а не поверхностную обработку почвы. Лишь после Второй мировой войны, с разработкой мощных гербицидов, таких как паракват, различные исследователи и фермеры начали экспериментировать с этой идеей. Первыми, кто начал применять безотвальное земледелие, были Клинман (Северная Каролина), Эдвард Фолкнер, Л. А. Портер (Новая Зеландия), Гарри и Лоуренс Янг (Герндон, Кентукки) и Институт агропедагогических исследований "Меридионал" (Instituto de Pesquisas Agropecuarias Meridional, 1971 год, Бразилия) вместе с Гербертом Бартцем.
Усыновление по всему миру
Площадь земель, находящихся под беспахотной обработкой, увеличилась во всем мире. В 1999 году во всем мире под беспахотной обработкой находилось около [вставьте цифру], что увеличилось до [вставьте цифру] в 2003 году и до [вставьте цифру] в 2009 году.
Австралия
Согласно данным Австралийского бюро статистики (ABS) об управлении сельскохозяйственными ресурсами, в Австралии доля сельскохозяйственных земель, на которых применяются технологии нулевой обработки почвы, составляла 26% в 2000–2001 годах, что более чем удвоилась до 57% в 2007–2008 годах. По состоянию на 30 июня 2017 года 79% (или 16 миллионов гектаров) возделываемых земель не подвергались обработке. Аналогично, 70% (или 2 миллиона гектаров) из 3 миллионов гектаров пастбищных угодий не обрабатывались, за исключением посева.
Южная Америка
Южная Америка лидирует в мире по внедрению технологии No till farming, которая в 2014 году составляла 47% от общей мировой площади, занимаемой под безотвальную обработку почвы. Страны с наибольшим распространением этой технологии – Аргентина (80%), Бразилия (50%), Парагвай (90%) и Уругвай (82%). В Аргентине применение No till farming привело к сокращению потерь почвы от эрозии на 80%, снижению затрат более чем на 50% и увеличению доходов фермерских хозяйств. В 2017 году технология No till farming применялась примерно на 21% пахотных земель в США. К 2023 году земли, обрабатываемые по принципам строгого No till, составляют около 30% всех пахотных земель в США.
Прибыль, экономика, доходность
Некоторые исследования показали, что в определенных случаях земледелие без обработки почвы может быть более прибыльным. В некоторых случаях это может снизить затраты на рабочую силу, топливо, орошение и технику. Другое возможное преимущество заключается в том, что благодаря более высокому содержанию влаги, вместо того чтобы оставлять поле под паром, экономически целесообразно высевать другую культуру. Проблема земледелия без обработки почвы в том, что весной почва согревается и высыхает медленнее, что может задержать сроки посева. Соответственно, сбор урожая может произойти позже, чем на обычно обработанном поле. Более медленный прогрев связан с тем, что растительные остатки имеют более светлый цвет, чем почва, которая была бы обнажена при традиционной обработке, и поэтому поглощают меньше солнечной энергии. Однако эту проблему можно решить, используя окучиватели на посевной машине. Недостатком земледелия без обработки почвы является то, что если производство негативно пострадает от внедренного процесса, то прибыльность этой практики также может снизиться на фоне роста цен на топливо и высокой стоимости рабочей силы. Поскольку цены на топливо и рабочую силу продолжают расти, для ферм и сельскохозяйственного производства может оказаться более целесообразным перейти к системе земледелия без обработки почвы. Весной на плохо дренированных глинистых почвах урожайность может быть ниже из-за холодного и влажного года. Экономические и экологические выгоды от внедрения практики земледелия без обработки почвы могут проявиться через шестнадцать-девятнадцать лет. Первое десятилетие внедрения часто демонстрирует тенденцию к снижению доходов. Периоды внедрения, превышающие десять лет, обычно показывают рост прибыли, а не снижение рентабельности. Для вспашки требуются более мощные тракторы, поэтому при земледелии без обработки почвы можно использовать менее мощные тракторы. Затраты можно компенсировать продажей плугов и тракторов, но фермеры часто сохраняют старое оборудование, пробуя систему без обработки почвы. Это приводит к увеличению инвестиций в технику.
Увеличение использования гербицидов
Одна из целей обработки почвы – удаление сорняков. Безотвальная обработка изменяет видовой состав сорняков: быстрорастущие сорняки могут сократиться из-за усиления конкуренции с последующим ростом многолетних растений, кустарников и деревьев. Эту проблему обычно решают применением гербицида, например, глифосата, вместо обработки почвы для подготовки семенного ложа, поэтому при безотвальной обработке часто используется больше гербицидов по сравнению с традиционной обработкой почвы. Альтернативными методами могут быть посев сидератов, соляризация почвы или выжигание. Однако использование гербицидов не является строго необходимым, что продемонстрировал Масанобу Фукуока. Безотвальная обработка иногда включает посев сидератов для подавления сорняков и увеличения содержания органических остатков в почве (или питательных веществ при использовании бобовых). Затем сидераты необходимо уничтожить, чтобы вновь посаженные культуры могли получить достаточно света, воды, питательных веществ и т.д. Это можно сделать с помощью катков, кримперов, измельчителей и другими способами. Затем посев производится сквозь остатки, которые остаются в качестве мульчи. Как правило, сидераты необходимо прикатать в фазе цветения. При безотвальной обработке остатки урожая предыдущего года остаются на поверхности поля, что может привести к другим, более серьезным или частым проблемам с болезнями или сорняками по сравнению с традиционной обработкой почвы.
Удобрение
Одним из наиболее распространенных факторов снижения урожайности является фиксация азота в растительных остатках, разложение которых может занимать от нескольких месяцев до нескольких лет, в зависимости от соотношения углерода к азоту в культуре и местных условий окружающей среды. Требуется вносить удобрения в повышенных дозах. Инновационным решением этой проблемы является интеграция животноводства различными способами для ускорения разложения. После переходного периода (4–5 лет для штата Канзас, США) в почве может происходить накопление органического вещества. Питательные вещества, содержащиеся в органическом веществе, со временем высвобождаются в почву.
Политика в области окружающей среды
Законопроект H. R.2508 117-го Конгресса, также известный как закон NO EMITS, был предложен для внесения изменений в Закон о продовольственной безопасности 1985 года и представлен в 2021 году конгрессменом Родни Дэвисом из штата Иллинойс. Дэвис является членом Комитета по сельскому хозяйству Палаты представителей. В законопроекте предлагаются меры по сокращению выбросов, ориентированные на сельскохозяйственные методы, посредством внедрения новых стратегий, таких как минимальная или нулевая обработка почвы. В настоящее время H. R.2508 находится на рассмотрении в Комитете по сельскому хозяйству Палаты представителей. Законопроект также поддерживается конгрессменами Эриком А. Кроуфордом из Арканзаса и Доном Бэконом из Небраски, представляющих штаты с развитым сельским хозяйством. Кроме того, предлагается финансирование программы Conservation Innovation Trails. К таким субсидиям и программам, предоставляемым правительством США, относятся: Программа стимулирования экологического качества (EQIP) и Программа управления ресурсами (CSP). EQIP – это добровольная программа, направленная на оказание помощи фермерам и другим участникам в реализации природоохранных мероприятий без финансовых потерь. Предпринимаются усилия по сокращению загрязнения от сельскохозяйственной отрасли и повышению плодородия почвы.
Парниковые газы
Утверждается, что земледелие без обработки почвы способствует увеличению содержания органического вещества в почве и, следовательно, увеличению секвестрации углерода. В то время как многие исследования сообщают об увеличении содержания органического углерода в почве в системах без обработки, другие приходят к выводу, что эти эффекты могут не наблюдаться во всех системах, в зависимости от таких факторов, как климат и содержание углерода в верхнем слое почвы. Исследование 2020 года показало, что сочетание земледелия без обработки почвы и использования покровных культур может быть эффективным подходом к смягчению последствий изменения климата за счет секвестрации большего количества углерода, чем при использовании каждой из этих практик по отдельности, что указывает на синергетический эффект двух практик в улавливании углерода. Существуют споры о том, действительно ли наблюдаемое увеличение секвестрации происходит на самом деле, или это связано с некорректными методами тестирования или другими факторами. Исследование 2014 года утверждало, что некоторые системы земледелия без обработки почвы могут секвестрировать меньше углерода, чем традиционные системы обработки почвы, отмечая, что «подпочвенный слой при земледелии без обработки часто теряет больше запасов почвенного органического углерода с течением времени, чем накапливается в верхнем слое». В исследовании также была подчеркнута необходимость единого определения секвестрации почвенного органического углерода среди исследователей. В исследовании заключено: «Необходимы дополнительные инвестиции в исследования почвенного органического углерода (SOC) для лучшего понимания методов управления сельским хозяйством, которые с наибольшей вероятностью будут способствовать секвестрации SOC или, по крайней мере, сохранению большего объема чистых запасов SOC». Земледелие без обработки почвы снижает выбросы закиси азота (N2O) на 40–70%, в зависимости от севооборота. Закись азота – мощный парниковый газ, в 300 раз превосходящий по воздействию углекислый газ, и сохраняется в атмосфере в течение 120 лет.
Почва и опустынивание
Безотвальная обработка почвы улучшает структуру и снижает эрозию. Эрозия почвы может быть снижена почти до скорости образования почвы. Исследования, проводившиеся более 19 лет в Сельскохозяйственной исследовательской службе Министерства сельского хозяйства США, показали, что безотвальная обработка делает почву менее подверженной эрозии, чем вспаханная почва в районах Великих равнин. Верхний дюйм почвы при безотвальной обработке содержит больше структурных агрегатов и в два-семь раз менее уязвим, чем вспаханная почва. Считается, что большее содержание органического вещества в этом слое способствует удержанию частиц почвы вместе. По данным Продовольственной и сельскохозяйственной организации ООН (ФАО), безотвальная обработка может остановить опустынивание, поддерживая содержание органического вещества в почве и снижая ветровую и водную эрозию. Отказ от вспашки также означает меньшее количество пыли в воздухе.
Вода
Безотвальная обработка почвы улучшает удержание влаги: растительные остатки помогают воде от естественных осадков и орошения проникать в почву. Остатки ограничивают испарение, сохраняя воду. Испарение при обработке почвы увеличивает потери влаги примерно на 1/3 - 3/4 дюйма (0,85 - 1,9 см) с каждым проходом. Образование оврагов может приводить к эрозии почвы у некоторых культур, таких как соя при безотвальной обработке, хотя моделирование для других культур показывает меньшую эрозию по сравнению с традиционной обработкой. Водоотводные канавы могут служить решением. Овраги, образующиеся на полях без обработки, углубляются с каждым годом, вместо того чтобы сглаживаться регулярной вспашкой. Проблемой на некоторых полях является переувлажнение почвы. Переход на безотвальную обработку может улучшить дренаж, поскольку почва при непрерывной безотвальной обработке обладает более высокой скоростью инфильтрации воды.
Биота и дикая природа
В необработанных полях часто встречается больше кольчатых червей, беспозвоночных и диких животных, таких как мыши-олени.
Альбедо
Обработка почвы снижает альбедо сельскохозяйственных угодий. Потенциал глобального охлаждения, обусловленный увеличением альбедо на полях, где не применяется обработка почвы, сопоставим по масштабу с другими биогеохимическими процессами секвестрации углерода.