Восстановление почвы: поддержание органического вещества и здоровья микробиома для мирового сельского хозяйства

Здоровая почва является основой процветающих экосистем и устойчивого сельского хозяйства. Это не просто грязь; это сложная живая система, изобилующая жизнью, особенно органическим веществом и разнообразным сообществом микроорганизмов. Эти компоненты неразрывно связаны, играя решающую роль в круговороте питательных веществ, удержании воды, подавлении болезней и общем здоровье почвы. Это руководство углубляется в важность органического вещества и здоровья микроорганизмов в почве, изучая методы, которые способствуют их росту и активности для повышения сельскохозяйственной продуктивности и экологической устойчивости в глобальном масштабе.

Важность органического вещества почвы (ОВП)

Органическое вещество почвы (ОВП) — это фракция почвы, состоящая из всего, что когда-то жило, включая остатки растений и животных, разлагающиеся организмы и гумус. Это жизненно важный показатель качества почвы, влияющий на различные физические, химические и биологические свойства. ОВП имеет решающее значение для:

• Удержания воды: ОВП действует как губка, удерживая в несколько раз больше воды, чем весит само, делая ее доступной для растений в засушливые периоды. Это особенно важно в засушливых и полузасушливых регионах.
• Доступности питательных веществ: ОВП служит резервуаром основных питательных веществ для растений, таких как азот, фосфор и калий. При разложении эти питательные вещества высвобождаются в формах, которые растения могут легко усваивать.
• Структуры почвы: ОВП связывает частицы почвы вместе, создавая агрегаты, которые улучшают структуру почвы, аэрацию и дренаж. Это уменьшает уплотнение и эрозию.
• Секвестрации углерода: ОВП является значительным поглотителем углерода, помогая смягчить изменение климата, сохраняя атмосферный углерод в почве.
• Борьбы с эрозией: Улучшенная структура почвы благодаря ОВП снижает воздействие осадков и ветра, сводя к минимуму эрозию почвы и потерю питательных веществ.

Глобальная перспектива: В таких регионах, как Сахель в Африке, где деградация почвы и нехватка воды являются серьезными проблемами, увеличение ОВП имеет решающее значение для восстановления плодородия почвы и повышения сельскохозяйственной продуктивности. Аналогичным образом, в интенсивных системах земледелия в Европе и Северной Америке поддержание уровней ОВП необходимо для предотвращения эрозии почвы и истощения питательных веществ.

Роль почвенных микроорганизмов

Почва является домом для обширного и разнообразного сообщества микроорганизмов, включая бактерии, грибы, простейшие, нематоды и археи. Эти организмы играют важную роль в:

• Разложении: Микроорганизмы расщепляют органическое вещество, высвобождая питательные вещества для потребления растениями и образуя гумус.
• Круговороте питательных веществ: Они участвуют в различных циклах питательных веществ, таких как фиксация азота (преобразование атмосферного азота в формы, пригодные для растений), растворение фосфора (обеспечение доступности фосфора для растений) и окисление серы.
• Подавлении болезней: Полезные микроорганизмы могут подавлять болезни растений, конкурируя с патогенами, производя антибиотики или вызывая системную устойчивость у растений.
• Улучшении структуры почвы: Грибы, в частности, производят гломалин, липкое вещество, которое помогает связывать частицы почвы вместе, улучшая структуру почвы.
• Стимулировании роста растений: Некоторые микроорганизмы, такие как микоризные грибы и ризобактерии, способствующие росту растений (PGPR), улучшают рост растений, улучшая поглощение питательных веществ, поглощение воды и устойчивость к стрессу.

Глобальная перспектива: На рисовых полях Юго-Восточной Азии азотфиксирующие бактерии играют решающую роль в обеспечении азотом рисовых растений. В тропических лесах Амазонки микоризные грибы необходимы для поглощения питательных веществ в почвах, бедных питательными веществами. Понимание и использование силы почвенных микроорганизмов жизненно важно для устойчивого сельского хозяйства в различных экосистемах по всему миру.

Практики для создания органического вещества почвы и улучшения здоровья микроорганизмов

Несколько сельскохозяйственных практик могут значительно улучшить органическое вещество почвы и способствовать процветанию микробного сообщества. Эти практики применимы в различных системах земледелия и регионах мира:

1. Покровные культуры

Покровные культуры — это растения, выращиваемые в основном для улучшения здоровья почвы, а не для прямого сбора урожая. Они предлагают многочисленные преимущества:

• Увеличение ОВП: Покровные культуры добавляют органическое вещество в почву по мере разложения.
• Круговорот питательных веществ: Некоторые покровные культуры, такие как бобовые, фиксируют атмосферный азот, обогащая почву этим важным питательным веществом.
• Борьба с эрозией: Покровные культуры защищают почву от эрозии, обеспечивая почвенный покров.
• Подавление сорняков: Они могут подавлять сорняки, конкурируя за ресурсы.
• Улучшенная структура почвы: Корни покровных культур улучшают структуру почвы и аэрацию.

Пример: На Среднем Западе США фермеры обычно используют покровные культуры, такие как рожь, овес и клевер, после уборки кукурузы или сои. В Европе горчицу часто используют в качестве покровной культуры. В Южной Америке покровные культуры, такие как конский горох и бархатные бобы, используются для улучшения плодородия почвы в тропических регионах.

2. Компостирование и внесение навоза

Компост и навоз — ценные органические добавки, которые добавляют в почву органическое вещество и питательные вещества. Они также вводят полезные микроорганизмы.

• Увеличение ОВП: Компост и навоз богаты органическим веществом, которое улучшает структуру почвы, удержание воды и доступность питательных веществ.
• Поставка питательных веществ: Они обеспечивают основные питательные вещества для растений в формах замедленного высвобождения.
• Инокуляция микроорганизмами: Компост и навоз содержат разнообразное сообщество полезных микроорганизмов.

Пример: В Китае традиционные системы земледелия уже давно полагаются на компостирование и внесение навоза для поддержания плодородия почвы. Во многих частях Африки фермеры используют навоз животных для улучшения здоровья почвы на фермах мелких землевладельцев. Вермикомпостирование (использование дождевых червей для разложения органических отходов) набирает популярность во всем мире как устойчивый способ получения высококачественного компоста.

3. Сокращенная обработка почвы или безотвальное земледелие

Обработка почвы — это механическое нарушение почвы для посадки и борьбы с сорняками. Сокращенная обработка почвы или безотвальное земледелие минимизируют нарушение почвы, что приводит к нескольким преимуществам:

• Увеличение ОВП: Сокращенная обработка почвы позволяет органическому веществу накапливаться на поверхности почвы.
• Улучшенная структура почвы: Минимальное нарушение сохраняет почвенные агрегаты и улучшает структуру почвы.
• Снижение эрозии: Меньшее нарушение снижает риск эрозии почвы.
• Повышенная микробная активность: Сокращенная обработка почвы способствует более стабильной почвенной среде, благоприятной для полезных микроорганизмов.

Пример: Безотвальное земледелие широко практикуется в Америке, особенно в Бразилии и Аргентине, где оно сыграло важную роль в сокращении эрозии почвы и улучшении здоровья почвы. В Австралии методы консервативной обработки почвы используются для борьбы с деградацией почвы в засушливых сельскохозяйственных районах. Применение методов безотвального земледелия часто требует специального оборудования и стратегий управления.

4. Севооборот

Севооборот предполагает посадку разных культур в запланированной последовательности на одной и той же земле. Это помогает:

• Улучшить здоровье почвы: Разные культуры имеют разные корневые системы и потребности в питательных веществах, что приводит к более сбалансированному циклу питательных веществ и улучшенной структуре почвы.
• Нарушить циклы вредителей и болезней: Чередование культур может нарушить жизненные циклы вредителей и болезней.
• Увеличить ОВП: Включение покровных культур или сидеральных культур в севооборот может увеличить ОВП.

Пример: В Европе традиционные системы севооборота часто включают зерновые, бобовые и корнеплоды. В Индии фермеры могут чередовать рис с бобовыми или масличными культурами. Конкретная система севооборота зависит от климата, типа почвы и рыночного спроса.

5. Агролесоводство

Агролесоводство интегрирует деревья и кустарники в сельскохозяйственные системы. Оно обеспечивает многочисленные преимущества:

• Увеличение ОВП: Деревья и кустарники способствуют ОВП через опавшие листья и разложение корней.
• Улучшенная структура почвы: Корни деревьев улучшают структуру почвы и предотвращают эрозию.
• Круговорот питательных веществ: Деревья могут получать питательные вещества из более глубоких слоев почвы и делать их доступными для других растений.
• Модификация микроклимата: Деревья могут обеспечивать тень и снижать скорость ветра, создавая более благоприятный микроклимат для культур и микроорганизмов.

Пример: В Африке аллейное земледелие, при котором культуры выращиваются между рядами деревьев, является распространенной практикой агролесоводства. В Юго-Восточной Азии домашние сады, объединяющие деревья, кустарники и культуры, являются традиционной формой агролесоводства. Сильвопастбище, которое сочетает в себе деревья и выпас скота, практикуется во многих частях мира.

6. Микоризная инокуляция

Микоризные грибы образуют симбиотические отношения с корнями растений, улучшая поглощение питательных веществ и воды. Инокуляция почв полезными микоризными грибами может улучшить рост и устойчивость растений, особенно в почвах, бедных питательными веществами или нарушенных.

Пример: Инокуляция микоризными грибами все чаще используется в садоводстве и лесном хозяйстве для улучшения приживаемости и роста саженцев. Ведутся исследования по изучению потенциала микоризной инокуляции в более широких сельскохозяйственных системах. Различные типы микоризных грибов подходят для различных видов растений и почвенных условий.

7. Сокращение химических веществ

Чрезмерное использование синтетических удобрений и пестицидов может нанести вред почвенным микроорганизмам и нарушить здоровье почвы. Сокращение использования химических веществ и внедрение стратегий интегрированной борьбы с вредителями (IPM) может помочь защитить микробиом почвы.

Пример: Органические системы земледелия отдают приоритет естественным методам борьбы с вредителями и болезнями, таким как севооборот, покровные культуры и биологическая борьба, сводя к минимуму использование синтетических химикатов. IPM предполагает использование комбинации методов для борьбы с вредителями и болезнями, включая мониторинг, биологический контроль и целевое применение пестицидов при необходимости.

Оценка здоровья почвы

Регулярная оценка здоровья почвы имеет решающее значение для мониторинга эффективности методов улучшения почвы и выявления областей для улучшения. Для оценки здоровья почвы можно использовать несколько методов, в том числе:

• Визуальная оценка: Наблюдение за структурой, цветом и агрегацией почвы может дать ценную информацию о здоровье почвы.
• Анализ почвы: Химический анализ образцов почвы может определить уровни питательных веществ, pH и содержание органического вещества.
• Биологическая оценка: Анализ состава и активности почвенного микробного сообщества может предоставить информацию о здоровье и функционировании микробиома почвы.
• Физическая оценка: Измерение объемной плотности почвы, скорости инфильтрации воды и стабильности агрегатов может оценить физические свойства почвы.

Глобальная перспектива: Методы оценки здоровья почвы постоянно развиваются, уделяя все больше внимания биологическим показателям. В различных регионах разрабатываются и внедряются стандартизированные протоколы оценки здоровья почвы, чтобы обеспечить последовательную основу для мониторинга тенденций здоровья почвы.

Проблемы и соображения

Хотя создание органического вещества почвы и улучшение здоровья микроорганизмов дает многочисленные преимущества, необходимо также учитывать проблемы и соображения:

• Время и инвестиции: Для создания здоровых почв требуется время и могут потребоваться первоначальные инвестиции в покровные культуры, компост или оборудование.
• Знания и опыт: Эффективная реализация методов улучшения почвы требует знаний и опыта в области почвоведения, агрономии и микробиологии.
• Климат и тип почвы: Эффективность различных методов улучшения почвы может варьироваться в зависимости от климата и типа почвы.
• Рыночный спрос: Фермеры должны учитывать рыночный спрос и прибыльность при внедрении методов улучшения почвы.
• Политическая поддержка: Государственная политика и стимулы могут сыграть решающую роль в содействии внедрению устойчивых методов управления почвой.

Заключение

Создание здоровой почвы необходимо для устойчивого сельского хозяйства и здоровой планеты. Сосредоточив внимание на увеличении органического вещества почвы и поддержании процветающего микробного сообщества, мы можем улучшить плодородие почвы, повысить урожайность сельскохозяйственных культур, смягчить последствия изменения климата и защитить наши природные ресурсы. Внедрение методов, изложенных в этом руководстве, с учетом конкретных проблем и возможностей в разных регионах, будет способствовать созданию более устойчивой и устойчивой продовольственной системы для будущих поколений. Дальнейшие исследования и сотрудничество имеют решающее значение для углубления нашего понимания почвенных экосистем и разработки инновационных решений для управления здоровьем почвы в глобальном масштабе. Долгосрочное здоровье нашей планеты зависит от здоровья наших почв. Инвестиции в здоровье почвы — это инвестиции в наше будущее.