Ученые доказали экспериментальным путем пользу покровных культур
Покровные культуры широко рассматриваются как один из вариантов улучшение плодородия почвы. Кроме того, сидераты удаляют углерод из атмосферы. Но в то же время большинство фермеров не спешат включать их в севооборот. Поскольку они якобы негативно повлияют на урожайность летних товарных культур, сообщает сайт phys.org.
Новое исследование ученых университета Иллинойса объединяет полевые данные и передовое математическое моделирование. Оно позволило понять, как покровные культуры влияют на содержание влаги в почве, азота и кислорода.
«При соблюдении агротехники фермеры могли бы использовать все положительные свойства покровных культур, найти оптимальное окно роста для посадки и прекращения их посева, чтобы получить преимущества и минимизировать негативное воздействие на товарные культуры», — говорит Кайю Гуань, директор-основатель Центра устойчивости агроэкосистем, доцент кафедры природных ресурсов университета Иллинойса.
Идеи Гуань основаны на сложной математической модели, подтвержденной пятилетними экспериментальными полевыми данными, собранными с нескольких участков по всему Иллинойсу Марией Вильямиль, соавтором исследования и профессором кафедры растениеводства в Иллинойсе. Модель направлена на выявление основных факторов влияния покровных культур на урожайность товарных культур, включая тип покровных культур, сроки окончания и факторы почвы, такие как вода, азот, кислород и температура гумуса.
«Модели, основанные на процессах, подтвержденные полевыми данными, имеют множество преимуществ по сравнению только с полевыми экспериментами», — говорит Цзыци Цинь, докторант, работающий с Гуань и ведущий автор исследования. – «Большинство полевых экспериментов фокусируются только на конечных переменных, таких как урожайность товарных культур или биомасса покровных культур, и на их проведение могут уйти годы. Методы моделирования могут имитировать промежуточные переменные, которые трудно измерить в полевых экспериментах, такие как процессы, происходящие в почве. Модели, проверенные с помощью полевых измерений, могут помочь оптимизировать выбор типов покровных культур, время их посадки».
Урожайность сои не зависела ни от одного из типов покровных культур, вероятно, потому, что соевые бобы вносили свой собственный азот в почву. Согласно модели, для кукурузы конкуренция за воду усиливается в засушливые годы, и чем позже прекращаются посевы покровных культур, тем меньше азота доступно для товарных культур.
Когда модель была сосредоточена на типе покровных культур, она обнаружила, что виды, не являющиеся бобовыми, такие как однолетний райграс и рожь, снизили урожайность кукурузы на 0,9-6,9%. Однако азотфиксирующая бобовая вика не повлияла на урожайность кукурузы в условиях с высоким содержанием азота. Эти результаты согласуются с полевыми наблюдениями на Среднем Западе и во всем мире, и Гуань говорит, что это придает достоверность его исследованию моделирования, ориентированному на среднезападные штаты.
Моделирование выявило еще один факт. Позднее прекращение посева не бобовых культур, всего за день до посадки, привело к большей потере урожая кукурузы, чем прекращение за месяц до посадки.
«Существует некий компромисс между выгодой от покровных культур и доходностью товарных культур. Если мы закончим посев раньше, покровная культура не будет так сильно влиять на урожайность товарных культур, но она будет накапливать меньше биомассы и потенциально поглощать меньше азота в почве. Поэтому мы должны сбалансировать эти два фактора», — говорит Вильямиль.
Модель также выявила другие факторы, которые негативно повлияли на товарные культуры, включая более низкие температуры почвы под биомассой покровных культур и меньшую доступность кислорода в почве.
Гуань отмечает, что такие программы, как программа Министерства сельского хозяйства США по борьбе с пандемией, которая снижает страховые взносы на урожай для фермеров, выращивающих покровные культуры, могут стимулировать большее число 95% тех, кто этого не делает.
«Кроме того, с увеличением рынка частных углеродных кредитов может значительно увеличиться внедрение покровных культур. Поэтому вопрос увеличение посевных площадей под покровными культурами стал актуальным», — отмечает Гуань.
