Сельское хозяйство ежегодно приводит к деградации более 24 миллионов акров плодородной почвы, что вызывает обеспокоенность по поводу удовлетворения растущего глобального спроса на продукты питания. Но, согласно новому исследованию Стэнфорда, простая сельскохозяйственная практика, родившаяся в Пыльном котле 1930-х годов, может стать решением. Исследование, опубликованное 6 декабря в журнале «Environmental Research Letters», показывает, что фермеры Среднего Запада, которые сократили количество переворачиваемой почвы (известное как вспашка), увеличили урожайность кукурузы и сои, а также оздоровили почву и снизили производственные затраты.
«Сокращение обработки почвы - это беспроигрышный вариант для сельского хозяйства в Кукурузном поясе», - говорит ведущий автор исследования Джиллиан Дейнс, научный сотрудник Стэнфордского центра продовольственной безопасности и окружающей среды.«Беспокойство по поводу того, что это может повредить урожайности, помешало некоторым фермерам сменить практику, но мы обнаружили, что обычно это приводит к увеличению урожайности».
США - крупнейший производитель кукурузы и сои в мире - выращивают большинство этих двух культур на Среднем Западе. Фермеры собрали около 367 миллионов метрических тонн кукурузы и 108 миллионов метрических тонн соевых бобов с американской земли в прошлом вегетационном периоде, обеспечив основные продукты питания, масло, сырье, этанол и экспортную стоимость.
Мониторинг фермерства из космоса
Фермеры обычно обрабатывают почву перед посевом кукурузы или соевых бобов - известная практика борьбы с сорняками, смешивания питательных веществ, разбивания уплотненной грязи и, в конечном итоге, увеличения производства продуктов питания в краткосрочной перспективе. Однако со временем этот метод приводит к деградации почвы. В отчете Продовольственной и сельскохозяйственной организации Объединенных Наций за 2015 год говорится, что за последние 40 лет мир потерял треть пригодных для производства продуктов питания земель из-за истощения почвы. Исчезновение когда-то плодородных земель создает серьезную проблему для производства продуктов питания, особенно в условиях растущей нагрузки на сельское хозяйство, связанное с необходимостью прокормить растущее население планеты.
Напротив, минимальная обработка почвы, также известная как консервирующая обработка почвы, способствует более здоровому управлению почвой, уменьшает эрозию и сток, а также улучшает удержание воды и дренаж. Он включает в себя оставление растительных остатков прошлого года (например, стеблей кукурузы) на земле при посадке следующей культуры с минимальной механической обработкой почвы или без нее. Эта практика используется во всем мире на площади более 370 миллионов акров, в основном в Южной Америке, Океании и Северной Америке. Однако многие фермеры опасаются, что этот метод может снизить урожайность и прибыль. Прошлые исследования эффектов урожайности ограничивались локальными экспериментами, часто на исследовательских станциях, которые не полностью отражали методы производства.
Стэнфордская команда обратилась к машинному обучению и наборам спутниковых данных, чтобы восполнить этот пробел в знаниях. Во-первых, они определили области с уменьшенной и традиционной обработкой почвы на основе ранее опубликованных данных, отражающих ежегодные методы работы в США за период с 2005 по 2016 год. Используя спутниковые модели урожайности, которые учитывают такие переменные, как климат и жизненные циклы сельскохозяйственных культур, урожайность сои за это время. Чтобы количественно оценить влияние уменьшения обработки почвы на урожайность, исследователи настроили компьютерную модель для сравнения изменений урожайности в зависимости от практики обработки почвы. Они также записали такие элементы, как тип почвы и погода, чтобы определить, какие условия оказали большее влияние на урожай.
Повышение урожайности
Исследователи подсчитали, что урожайность кукурузы увеличилась в среднем на 3,3 процента, а сои - на 0,74 процента на полях, обработанных с помощью долгосрочных методов консервирующей обработки почвы в девяти выборочных штатах. Урожайность от дополнительного тоннажа входит в число 15 лучших в мире для обеих культур. Для кукурузы это составляет примерно 11 миллионов дополнительных метрических тонн, что соответствует объему производства Южной Африки, Индонезии, России или Нигерии в 2018 году. Что касается соевых бобов, добавленные 800 000 метрических тонн занимают промежуточное положение между общими показателями Индонезии и Южной Африки.
В некоторых районах урожай кукурузы увеличился на 8,1%, а сои - на 5,8%. В других полях отрицательный выход 1.произошло 3 процента для кукурузы и 4,7 процента для сои. Вода в почве и сезонные температуры были наиболее влиятельными факторами в различиях в урожайности, особенно в более сухих и теплых регионах. Влажные условия также оказались благоприятными для сельскохозяйственных культур, за исключением раннего сезона, когда заболоченные почвы выигрывают от традиционной обработки почвы, которая, в свою очередь, сушит и аэрирует..
«Выяснение того, когда и где минимальная обработка почвы работает лучше всего, может помочь максимизировать преимущества технологии и направить фермеров в будущее», - сказал старший автор исследования Дэвид Лобелл, профессор наук о системе Земли в Школе Земли. Energy & Environmental Sciences и Глория и Ричард Кушел, директор Центра продовольственной безопасности и окружающей среды.
Потребуется время, чтобы увидеть преимущества уменьшенной обработки почвы, поскольку она лучше всего работает при непрерывном применении. По расчетам исследователей, фермеры, выращивающие кукурузу, не увидят всех преимуществ в течение первых 11 лет, а сое требуется в два раза больше времени, чтобы получить полную урожайность. Однако этот подход также приводит к снижению затрат из-за уменьшения потребности в рабочей силе, топливе и сельскохозяйственном оборудовании, а также поддерживает плодородные земли для непрерывного производства продуктов питания. Исследование действительно показывает небольшой положительный прирост даже в течение первого года реализации, причем более высокие приросты накапливаются с течением времени по мере улучшения здоровья почвы. Согласно отчету сельскохозяйственной переписи 2017 года, фермеры, по-видимому, присоединяются к долгосрочным инвестициям, и почти 35 процентов пахотных земель в США теперь обрабатываются с уменьшенной обработкой почвы.
«Одной из серьезных задач в сельском хозяйстве является достижение наилучших урожаев сегодня без учета будущего производства. Это исследование показывает, что сокращение обработки почвы может быть решением для долгосрочной продуктивности сельскохозяйственных культур», - сказал Дейнс.