Реферат на тему:
Технологія No-Tіll, стерня і живлення грунту
Вступ
Технологія No-Tіll представлена в більшості країн Америки як
землеробська система керування грунтовими ресурсами із застосуванням
високотехнологічних методів збереження грунтів для подолання серйозних
проблем із ерозією в регіоні.
На фермі Чекен (Chequen) — прибережний район центральної частини Чилі —
через 26 років після посівних робіт без застосування плуга
спостерігаються істотні зміни в структурі та рівні родючості старих
еродованих грунтів. Ці зміни сталися завдяки збільшенню вмісту
органічних речовин у грунтовому профілі. Збільшення органічних речовин у
грунтах ферми Чекен було пов’язано з рівнобіжним збільшенням врожайності
в різних сівозмінах: пшениця, жито, тритикале, кукурудза, соя, люпин і
пасовищні сівозміни. Саме така сівозміна посприяла утворенню стерні на
грунтовій поверхні.
Зрошувана кукурудза і пшениця в посушливих регіонах щорічно залишають 12
т/га стерні на поверхні грунту за правильного обробітку землі. Щорічне
збільшення органічних речовин становить 0,2%, що спочатку залягають на
грунтовій поверхні, а в подальшому — в нижчих горизонтах і забезпечують
відповідне живлення цього шару, в такий спосіб сприяючи формуванню
мікробіологічної та ендемічної мезофауни в цій зоні. Посилена біологічна
активність збільшує вміст органічного вуглецю і складових гумусу.
У сівозміні кукурудза — пшениця найбільший обсяг фіксованого вуглецю — в
першому грунтовому шарі (5 см), на рівнях 5–10 і 10–20 см його вже
менше. Це порівнюється із сівозмінами люпин — пшениця і люпин — прерії.
Баланс вуглецю в сівозміні кукурудза — пшениця показав підвищений вміст
гумусових складових, таких як фульвокислоти і гумусова кислота плюс
гумін у грунтовому шарі 5 см порівняно з іншими сівозмінами. Однак у
грунтовому шарі на глибині 5–10 см і 10–30 см вміст цих речовин більший,
аніж у грунтовому горизонті на глибині 5 см. У сівозміні кукурудза —
пшениця відзначається вищий вміст вуглецю порівняно із сівозміною
пшениця — люпин і пасовище.
Вуглецевий цикл
Вуглецевий цикл — надважливий для життєдіяльності грунтів. Вуглець є
суттєвою частиною клітинної структури переважної більшості тваринної і
рослинної біомаси в грунті. Під час фотосинтезу відбувається синтез
вуглецю в клітинах рослини шляхом поглинання вуглекислого газу (CO2) з
атмосфери. Рослини одержують енергію сонячного світла через хлоропласти,
що містять хлорофіл: ця “зелена фабрика” багата вуглеводнями, ліпідами і
білком, що є основою життя на планеті. Рослини поглинають вуглекислий
газ CO2 і виділяють в атмосферу молекулярний кисень (O2), підтримуючи
тим самим газовий баланс. Грунтовий органічний вуглець відіграє важливу
роль, тому що є важливою частиною органічних речовин і основою
вуглеводнів, що складаються з вуглецю гідрогену та оксигену.
Залишена на поверхні грунту стерня (пожнивні рештки) починають
розкладатися, тільки-но вміст води і рівень температури досягнуть
оптимальних показників. На ораній стерні і вологому грунті, що досить
насичений киснем, відбувається швидке окислення внесених у грунт
органічних речовин, тому що мікроорганізми одержують максимальне
живлення від стерні. Цей феномен призводить до швидкої втрати грунтового
вуглецю, який вивільняється в атмосферу у вигляді вуглекислого газу
(CO2). Ще одна форма втрати вуглецю може виникнути в разі анаеробних
умов, коли утвориться газ метан (CH4). Виділення цих парникових газів
пов’язано з процесом глобального потепління.
Окислення органічних речовин починається, коли пожнивні рештки спочатку
піддаються впливові целюлотичних грибків, а потім усіх видів
мікроорганізмів грунтової мезофауни. За таких умов швидке розкладання
органічних речовин, викликане розорюванням поверхні грунту, розкладає
розчинні вуглеводні та компоненти гумусу з низькою молекулярною вагою,
які є не дуже стійкими. Цей швидкий розпад і вивільнення CO2
перешкоджають формуванню вуглецю в грунтовому профілі.
На Світовому конгресі з охорони навколишнього середовища, що відбувся у
Бонні (Німеччина) в червні 1998 року, констатувалося, що рівень CO2 в
атмосфері в 1850 р. становив 280 проміле, а в 1997 р. доходив уже до
365. Нині щорічне збільшення СO2 в атмосфері становить 1,5 проміле. Таке
збільшення вмісту CO2 могло частково бути причиною спустошливих
природних катаклізмів у областях El-Nino і La-Nina.
Неправильна практика ведення лісового господарства, постійні пасовища
разом із традиційними методами землеробства, що їх застосовують в усьому
світі, призводять до постійного окислення органічних речовин і виділення
CO2 в атмосферу, що багато в чому сприяє процесу глобального потепління
на планеті. Виділення вуглецю в атмосферу становить 50% парникового
ефекту порівняно з іншими газами.
Ці пасовища, що існували впродовж багатьох літ, зруйнували грунтову
структуру. Грунти лісів, постійних пасовищ і сільськогосподарських
земель виснажилися через недостачу органічних речовин. Усе це і піддає
грунт згубним процесам ерозії, спричинюючи зменшення врожайності
вирощуваних культур.
Живлення грунту
Біологічна структура грунтів складається з різноманітних мікроорганізмів
і мезофауни, які щоденно потребують живлення й енергії. Ці малі
організми формують грунт, збагачують його гумусовими речовинами і
поступово збільшують родючість.
Грунт із великою біологічною активністю має більшу здатність до
формування гумусових компонентів. Причина цього — велика кількість
біологічних екскрементів (виділень) у метаболічному циклі грунтових
організмів. Збереження стерні на грунтовій поверхні забезпечує постійний
процес відновлення і розмноження грунтової фауни, не ушкоджуючи
структури грунту. Повсякчас, коли ви змінюєте ці умови і застосовуєте
орний обробіток, ви можете заподіяти шкоду біології грунтів і порушити
їх родючість.
Органічний вуглець є життєво важливим компонентом грунтової біології.
Щоб гарантувати, що грунт підтримує свою біологічну активність, фермерам
необхідно залишати стерню на грунтовій поверхні.
Фермер, що сіє безорним способом, може збирати врожай (як зерна, так і
соломи) двічі. Фермер повинен запам’ятати такі ключові слова: “Зерно —
для людини, стерня — для грунту”. Залишення стерні на грунтовій поверхні
допомагає відновлювати грунтовий вуглець, і це — своєрідна плата грунту
за вирощене зерно. Бо добрива живлять тільки рослини, а не насичують
грунт.
Сьогодні життєдіяльність рослин базується переважно на різних внесеннях
у грунт, які робить фермер. Фактично в більшій частині світу фермерам
доводиться постачати грунт практично всіма поживними речовинами,
необхідними для вирощування зернових. У цьому виникає потреба тоді, коли
грунт вичерпав усі свої природні запаси поживних речовин, адже фермери
“підгодовують” рослини, а не грунт.
Правильне живлення грунту збільшить вміст органічних речовин, а отже, й
гумусу.
Незважаючи на свої маленькі розміри (менше 0,002 мм), частки гумусу
мають сильний негативний електричний заряд, що збільшує катіонний обмін
грунту. Ця природна властивість поліпшує родючість грунтів, тому що
катіонний обмін збільшує утримання корисних для живлення рослин
катіонів, таких як кальцій (Ca++), магній (Mg++), калій (K+), натрій
(Na+) і аміак (NH4+). Це зменшує ризик їхньої втрати під час
вилуговування.
Гумус і кальцій, поєднуючись в грунті, створюють дуже важливий хімічний
компонент для посилення живлення грунтів. Кальцій (Ca++) у кислих
грунтах може замінити іони водню (H+). Це поліпшує показник концентрації
іонів водню (рН) у грунті, що сприяє кращому живленню рослин.
??^?Важливий чинник — кількість стерні, залишеної на грунті, а також її
якість, що впливає на біологію грунтів. Не вся стерня має однакову
цінність для живлення грунту. Важливо враховувати вміст лігніну в
стерні. Лігнін є попередником стійкішого до біодеградації гумусного
матеріалу — гуміну. Гумін утворюється з молекул заміщеного фенілпропану.
Ця речовина утворює стійку трирозмірну структуру з природних і
біологічних агентів. Ферменти й інші механізми деполімеризації
(гідроліз, окислювально-відновний процес тощо) сприяють декомпозиції
лігніну і його гуміфікації. Найкращими типами стерні, що сприяють
формуванню гумусу, є стерня таких зернових культур, як тритикале, жито,
пшениця, овес, рис.
Під час застосування різних видів стерні на фермі Чекен великий вміст
лігніну було виявлено у стерні сої (11,9%). Однак обсяг біомаси,
одержуваний від цього виду злакових, незначний. Стерня пшениці важлива
також для формування грунтової біології, тому що містить 9,3% лігніну
(таблиця l).
Сівозміна кукурудза — пшениця на фермі Чекен є найбільш ефективною для
вироблення гумусових складових.
Технологія No-Tіll із залишенням стерні на грунтовій поверхні збільшує
грунтову біологічну активність, формуючи мікро- і макропори в грунтовому
профілі. Це вони забезпечують аерацію грунту, необхідну для росту
рослин. Коріння рослин створює також велику кількість каналів у
грунтовому профілі, забезпечує інфільтрацію води в грунт, поліпшує в
такий спосіб водозабезпеченість рослин. Канали, створювані в грунтовому
профілі в разі застосування методів No-Tіll, зазвичай багаті гумусом,
який може усмоктувати воду в кількості, що перевищує власну масу в 15
разів.
Стерня — важливе джерело вуглецю і, відповідно, гумусу. Використання
гумусу відрізняється за різного гранулометричного складу грунту. Грунти,
що містять велику кількість таких грунтових часток, як пісок, потребують
значно більшої кількості стерні для утворення гумусових складових, аніж
дрібнозернисті глинисті грунти: щорічна мінералізація гумусу в суглинках
становить 1,3%. Це вказує на те, що гумусова заміна становить 620 кг
гумусових складових на гектар, що еквівалентно 2,550 кг стерні на
гектар, тому що ізогумусний коефіцієнт для соломи пшениці дорівнює 0,22
(визначається як кількість гумусу, утворена з одиниці маси пожнивної
стерні). Отже, якщо ми хочемо збільшити вміст органічних речовин у
грунті, нам треба додати гумусові складові в кількості, яка перевищує
2,550 кг соломи /га.
Не всі види стерні й органічних компонентів мають подібний ізогумусний
коефіцієнт. У стерні, що сприяє утворенню більшої кількості гумусу в
грунті, значно різниться співвідношення вуглецю до азоту. Що нижчий
вміст азоту в стерні, то вища здатність до збільшення гумусових
складових. Але добавка азоту до стерні за великого співвідношення C:N
буде сприятливою. У цьому разі вміст лігніну в стерні забезпечить кращу
якість гумусу, виражену в гуміні.
Стерня зернових культур має велике значення у формуванні гумусу грунту,
оскільки вона може становити близько 20% сухої маси. Гній домашніх
тварин має всього 10% сухої маси в гумусних матеріалах. Гній менш
стійкий до зовнішніх умов, тому він розкладається швидше.
Незначний відсоток гумусу в гної сполучений із травною системою жуйних
тварин. Вміст вуглецю, особливо в стерні, біологічно нижчий через вплив
комплексної анаеробної ферментно-травної системи. З цієї причини вміст
гумусових матеріалів у гної практично мізерний, і це в основному
пов’язано з живленням грунту, а не з живленням рослин.
Гній домашніх тварин додають на грунтову поверхню відразу після його
виділення. Що швидше гній буде внесено в грунт, то більше буде поживних
речовин для грунту і/або для рослин. Утрати вуглецю, азоту й інших
корисних компонентів унаслідок вилуження або газоподібної конверсії
будуть прямо пропорційні часу, що минув з моменту виділення гною до його
внесення в грунт. Гній додають в грунт перед дощем або зрошенням
переважно за низьких температур. Утрати в разі газифікації аміаку (NH3)
у гної під час внесення в грунт несуттєві порівняно із втратами вуглецю
й ушкодженням грунтової структури під час оранки. Безпосередня добавка
свіжого гною в співвідношенні 100–200 кг вапна (CaCo3) на тонну гною
може запобігти втратам аміаку.
Складові гумусової речовини
Гумус представлений у грунті у формі фульвокислот, гіматомеланових
кислот, гумусової кислоти і гумінів. Гумусові часточки не завжди можна
класифікувати відповідно до хімічного складу органічних матеріалів, але
їх можна класифікувати за молекулярною вагою та реакцією на кислоту, луг
і спирт.
Фульвокислоти
Фульвокислоти різняться своєю відносно невеликою молекулярною вагою і
можуть сполучатися з полісахаридами. Вони розчиняються під час
реагування лугу з кислотою. Фульвокислоти мають велику здатність
розкладати природні мінерали в грунті. Аніонні колоїди можуть створювати
стійкі комплекси з багатовалентними катіонами: Fe+++, Al+++, Cu++ тощо.
Гумусова кислота
Гумусові кислоти нерозчинні в кислоті й спирті, у них середня
молекулярна вага. Це тонкі пласкі частки, сполучені одна з одною так, що
нагадують сітчастий губчастий матеріал. Це — найвідмітніша
фізико-хімічна характеристика гумусової кислоти, тому що вона підсилює
вологозатримання і забезпечує сильний аніонний заряд, що істотно
поліпшує процес катіонного обміну. Гумусова кислота регулює
окислювально-відновний процес едафічної системи, постачаючи киснем
коріння рослин.
Як і фульвокислоти, гумусові кислоти можуть утворювати складні
речовини, особливо з допомогою іонів металів. Гумусова кислота є
основним чинником генезису грунту, формування доброї грунтової
структури. Вона також важлива в агрохімікатах, що контролюють стійкість
грунтового профілю до деградації.
Гумін
Гумін — стійкіший компонент грунту через свою велику молекулярну вагу.
Гуміни не розчиняються хімічними агентами і залишаються тісно
сполученими з мінеральними колоїдами грунту (частками глини). Ця
властивість, імовірно, і дає їм можливість надовго зберігатися в
грунтовому профілі за неушкодженого грунту. Структура гуміну твориться з
лігніну органічних речовин, що утворює унікальний структурний
взаємозв’язок. Гумінові частки збільшують катіонний обмін (у грунтах
ферми Чекен після 20 років сівби без оранки і боронування катіонний
обмін збільшився з 11 мг-екв./100 г до 26 мг-екв./100 г).
Гуміни — найсприятливіші для грунту компоненти, а їхня стійкість
залежить від того, як фермер обробляє землю. Будь-який вид грунту в разі
застосування традиційного орного способу обробітку буде стимулювати
окислювально-відновні процеси і, відповідно, впливати на стабільність
усіх складових гуміну.
Технологія No-Tіll, або землеробство із застосуванням прямого висівання,
стимулює формування всіх компонентів гуміну, оскільки відбувається
постійне додавання органічних речовин у грунт. Баланс вуглецю істотно
вищий за сівозміни кукурудза — пшениця, порівняно із сівозміною пшениця
— люпин і прерія — люпин, і особливо високий вміст гуміну. Баланс
вуглецю на землях ферми Чекен пояснює, що вміст гуміну, гумусових і
фульвокислот є максимальним у верхньому грунтовому шарі (5 см) за
сівозміни кукурудза — пшениця порівняно з іншими сівозмінами. Це виникає
завдяки великому вмісту стерні, що сприяє збільшенню вмісту органічного
вуглецю в грунті. Сівозміна кукурудза — пшениця сприяє нагромадженню в
грунті великої кількості вуглецю, хоча тільки у верхньому грунтовому
профілі (5 см), як показано на графіку.
Нашли опечатку? Выделите и нажмите CTRL+Enter
