Dengiamųjų augalų vaidmuo gerinant dirvožemio sveikatą ir anglies dioksido kiekį

Dengiamieji augalai tapo pagrindiniu tvaraus žemės ūkio komponentu, teikiančiu daug naudos, kuri gerokai viršija trumpalaikį piktžolių slopinimą ar dirvožemio apsaugą. Susieję gyvą augalų dangą su dirvožemio biologiniais, cheminiais ir fiziniais procesais, dengiamosios kultūros padeda gerinti dirvožemio sveikatą, didina anglies dioksido saugojimą ir skatina atsparias agroekosistemas. Šiame straipsnyje apibendrinamas dabartinis supratimas apie tai, kaip dengiamosios kultūros gerina dirvožemio sveikatą ir prisideda prie anglies dinamikos, remiantis tyrimais, atliktais su įvairaus klimato, dirvožemio tipais ir ūkininkavimo sistemomis.

Turinys

• Dirvožemio struktūros ir agregacijos gerinimas
• Dirvožemio organinių medžiagų ir anglies sekvestracijos gerinimas
• Maistinių medžiagų apykaita ir vaisingumas
• Dirvožemio biologinis aktyvumas ir mikrobų įvairovė
• Vandens valdymas ir erozijos kontrolė
• Piktžolių naikinimas, kenkėjų kontrolė ir biologinė įvairovė
• Praktinės strategijos, kaip įdiegti dengiamųjų augalų auginimo strategiją
• Dirvožemio sveikatos ir anglies dioksido išmetimo stebėsena ir vertinimas
• Atsparumas klimato kaitai ir ilgalaikės pasekmės
• Apribojimai, kompromisai ir politikos aspektai
• Būsimi tyrimai ir inovacijos

Dirvožemio struktūros ir agregacijos gerinimas

Dengiamieji augalai daro įtaką dirvožemio fizinėms savybėms, skatindami dirvožemio agregatų susidarymą ir stabilizavimą. Dengiamųjų augalų šaknys sukuria bioporas, makroporas ir šaknų kanalus, kurie palengvina vandens infiltraciją ir drenažą. Augdamos šaknys, jos išstumia dirvožemio daleles ir sukuria tarpus, kurie vėliau tampa oro ir vandens takais, mažindamos tankinimą ir pagerindamos šaknų įsiskverbimą kultūriniams augalams. Kai dengiamųjų augalų liekanos skaidosi, jos prisideda prie humuso ir agregatų stabilumo, ypač dėl grybų ir kitos dirvožemio faunos, kuri suriša dirvožemio daleles biopolimerais, veikimo. Šis struktūros pagerinimas reiškia geresnę aeraciją, mažesnį plutos susidarymą ir didesnį atsparumą stipriems krituliams, o visa tai palaiko sveikesnes vėlesnių augalų šaknų sistemas.

Praktiškai rūšių parinkimas yra svarbus siekiant fizinės dirvožemio naudos. Giliai įsišaknijusios rūšys, tokios kaip ridikai, pašariniai rugiai, svidrės ir kai kurios bastutinės šeimos, gali sukurti podirvio makroporas, kurios išlieka ir nutraukus auginimą. Sekliai įsišaknijusios rūšys, įskaitant ankštinius augalus ir žoles, labiau prisideda prie paviršinio dirvožemio agregacijos ir paviršinių liekanų padengimo. Mišiniai dažnai pranoksta monokultūras, nes derina gilias ir seklias šaknis, užtikrindami dirvožemio struktūros gerinimo tęstinumą. Be to, augalų auginimo nutraukimo laikas ir liekanų įterpimas turi įtakos šios fizinės naudos trukmei, nes ilgiau išliekanti biomasė suteikia ilgesnę apsaugą nuo plutos susidarymo ir erozijos.

Dirvožemio organinių medžiagų ir anglies sekvestracijos gerinimas

Dengiamieji augalai prisideda prie dirvožemio organinės medžiagos (DOM) gamybos būdu, kai kuriais atvejais lėtesniu skaidymosi greičiu ir organinės anglies stabilizavimu dirvožemio agregatuose. Dengiamųjų augalų sukaupta anglis tampa dirvožemio organinės anglies telkinio dalimi, kai liekanos įterpiamos arba paliekamos paviršiuje lėtai skaidytis. Anglies sekvestracijos mastas priklauso nuo daugelio sąveikaujančių veiksnių, įskaitant:

• Rūšių sudėtis ir mišinys
• Biomasės gamyba ir anglies ir azoto santykis
• Dirvožemio tekstūra ir mineralogija
• Klimatas, drėgmė ir temperatūra
• Žemės dirbimo intensyvumas ir liekanų tvarkymas
• Dengiamųjų augalų įveisimo ir nutraukimo laikas

Nors vertinimai skiriasi, ilgalaikės ir gerai valdomos dengiamųjų augalų sistemos parodė išmatuojamą dirvožemio organinės anglies (DOC) atsargų padidėjimą, ypač viršutiniame dirvožemio sluoksnyje. Šie mechanizmai apima neatidėliotiną šviežios organinės medžiagos pridėjimą, anglies stabilizavimą per organinių ir mineralinių asociacijų ryšius ir sumažintus kvėpavimo nuostolius, kai dirvožemio temperatūra yra reguliuojama liekanų danga. Svarbu tai, kad anglies dioksido prieaugis gali būti atsvertas mineralizacija, jei liekanos greitai suyra arba jei dirvožemio temperatūra pakyla po eksploatacijos nutraukimo. Todėl strategija yra svarbi: didelės biomasės, lėčiau skaidančių rūšių pasirinkimas, liekanų išlaikymas ir dirvožemio trikdymo sumažinimas paprastai duoda geresnių anglies dioksido rezultatų.

Maistinių medžiagų apykaita ir vaisingumas

Dengiamieji augalai veikia kaip dinamiški maistinių medžiagų rezervuarai, absorbuojantys ir išskiriantys esminius elementus sinchroniškai su augalų poreikiu. Ankštiniai dengiamųjų augalų augalai, tokie kaip dobilai ir vikiai, fiksuoja atmosferos azotą per simbiotines bakterijas mazgeliuose, praturtindami dirvožemio azoto telkinį ir sumažindami sintetinių trąšų poreikį. Net ir neankštiniai dengiamųjų augalų augalai prisideda prie maistinių medžiagų ciklo, surenkant likusias maistines medžiagas po kultūrinių augalų derliaus nuėmimo, užkertant kelią išplovimo nuostoliams pūdymo laikotarpiu ir mineralizuojant maistines medžiagas, kai liekanos irsta. Sumaišyti su ankštiniais augalais, ankštinių augalų ir žolių arba ankštinių augalų ir bastutinių augalų deriniai gali užtikrinti platesnį maistinių medžiagų profilį, subalansuodami azoto tiekimą su kitais elementais, tokiais kaip fosforas, siera ir mikroelementai.

Dirvožemio derlingumas taip pat padidėja dėl pagerėjusios mikrobų tarpininkaujamos mineralizacijos. Dirvožemio mikrobai mineralizuoja organinį azotą, fosforą ir sierą ir išskiria juos augalams prieinamomis formomis. Įvairių dengiamųjų augalų šaknų eksudatų buvimas skatina mikrobų bendrijas, kurios pagreitina maistinių medžiagų apytaką. Kai kuriose sistemose dengiamosios kultūros sumažina sintetinių medžiagų poreikį, tuo pačiu išlaikant arba padidinant derlių, ypač kai jų auginimo laikas papildo komercinių augalų maistinių medžiagų pasisavinimo laikotarpius.

Dirvožemio biologinis aktyvumas ir mikrobų įvairovė

Dengiamieji augalai daro įtaką dirvožemio mitybos tinklui, maitindami grybus, bakterijas, archėjas, pirmuonis, nematodus, nariuotakojus ir makrofauną. Mikrobinių bendrijų įvairovę ir aktyvumą lemia liekanų kokybė, šaknų eksudatai, dirvožemio drėgmė ir temperatūros režimai. Padidėjusios mikrobų populiacijos prisideda prie maistinių medžiagų mineralizacijos, ligų slopinimo ir stabilių dirvožemio organinių medžiagų susidarymo. Grybų dominuojamos bendrijos, kurias dažnai skatina gyvos šaknys ir liekanos, kurios pirmenybę teikia celiuliozės ir lignino turtingoms medžiagoms, gerina dirvožemio struktūrą per biologinius klijus ir hifų tinklus, kurie suriša dirvožemio daleles.

Šaknų gylis ir architektūra daro įtaką rizosferos sąveikai, skatindami mikrobų židinius aplink aktyvias šaknų zonas. Cukrų, aminorūgščių ir organinių rūgščių išsiskyrimas palaiko naudingus mikrobus, kurie konkuruoja su dirvožemyje esančiais patogenais arba juos slopina. Mikorizinės asociacijos, būdingos daugeliui dengiančių augalų, padidina šaknų sistemos efektyvų plotą, pagerindamos vandens ir maistinių medžiagų įsisavinimą vėlesniems augalams. Agroekosistemose, kuriose sumažintas žemės dirbimas, mikrobų įvairovės ir aktyvumo nauda dažnai yra ryškesnė, o tai prisideda prie atsparesnės dirvožemio biologinės ekosistemos.

Vandens valdymas ir erozijos kontrolė

Augalų liekanų danga ir gyvos šaknys veikia kaip apsauginiai sluoksniai, kurie sumažina dirvožemio vandens netekimą, riboja garavimą ir apsaugo dirvožemį nuo lietaus lašų poveikio. Paviršinis mulčias iš dengiamųjų augalų biomasės slopina plutos susidarymą ir pagerina lietaus infiltraciją, sulėtindamas nuotėkį. Tai ypač svarbu smėlinguose arba priemolio dirvožemiuose, kuriuose mažai organinių medžiagų, kur infiltracija gali būti ribota. Pagerindami dirvožemio struktūrą ir poringumą, dengiamosios kultūros padidina vandens sulaikymo pajėgumą ir atsparumą sausrai, todėl augalai gali pasiekti drėgmę sausros metu.

Dengiamųjų augalų nauda yra tiesioginė, ypač šlaituose ir vėjo erozijos paveiktose vietovėse. Augalų laja ir liekanų danga sulaiko vėją ir vandenį, sumažindama dirvožemio išstūmimą ir maistinių medžiagų netekimą. Regionuose, kuriuose lyja gausūs sezoniniai lietūs, dengiamosios kultūros gali sumažinti eroziją pažeidžiamais laikotarpiais tarp derliaus nuėmimo ir pagrindinių augalų sudygimo. Dengiamųjų augalų rūšių pasirinkimas ir jų augimo įprotis turi įtakos siūlomos apsaugos laipsniui; mišinys, kuris užtikrina nuolatinę žemės dangą ištisus metus, paprastai užtikrina nuosekliausią erozijos kontrolę.

Piktžolių naikinimas, kenkėjų kontrolė ir biologinė įvairovė

Dengiamieji augalai slopina piktžoles konkuruodami dėl šviesos, vandens ir maistinių medžiagų bei sudarydami fizinį barjerą, kuris mažina piktžolių daigų įsitvirtinimą. Kai kurios rūšys išskiria bioaktyvius junginius, kurie slopina piktžolių dygimą ar augimą, taip prisidėdami prie alelopatinio piktžolių slopinimo. Mulčio likučiai taip pat sumažina dygimo greitį, palaikydami vėsesnes, tamsesnes sąlygas dirvožemio paviršiuje. Veiksmingas piktžolių slopinimas sumažina herbicidų poreikį, prisideda prie mažesnių cheminių medžiagų sąnaudų ir palaiko integruotą kenkėjų kontrolę.

Be piktžolių kontrolės, dengiamieji augalai daro įtaką kenkėjų dinamikai ir naudingų vabzdžių buveinėms. Įvairūs mišiniai suteikia buveines apdulkintojams ir natūraliems kenkėjų priešams, didindami bendrą biologinę įvairovę auginimo sistemoje. Ši biologinė įvairovė gali prisidėti prie biologinės kontrolės, mažinant kenkėjų spaudimą komerciniams pasėliams. Tačiau tam tikri dengiamieji augalai gali būti kenkėjų prieglobstis, jei jie nebus kruopščiai prižiūrimi, todėl reikia sistemai pritaikyto planavimo ir rotacijos.

Praktinės strategijos, kaip įdiegti dengiamųjų augalų auginimo strategiją

Sėkmingas dengiamųjų augalų naudojimas priklauso nuo aiškių tikslų, išteklių prieinamumo ir suderinamumo su kultūrinių augalų auginimo kalendoriais. Pagrindinės strategijos apima:

• Rūšių pasirinkimas: pasirinkite mišinį, kuris atitiktų klimatą, dirvožemio tipą ir norimus rezultatus (pvz., azoto fiksaciją, biomasės gamybą, erozijos kontrolę ar buveinių teikimą).
• Sodinimo laikas: dengiamųjų augalų auginimas po derliaus nuėmimo arba ankstyvą rudenį, siekiant maksimaliai padidinti biomasę ir netrukdyti kito sezono sodinimui.
• Naikinimo būdas: nuspręskite, ar naikinti mechaniškai, šienauti, voluoti, ar įmaišyti atliekas tinkamu laiku, kad būtų subalansuota biomasė ir liekanų kokybė.
• Nutraukimo laikas: Nutraukimo laikas, siekiant optimizuoti liekanų buvimą kritiniais kultūrų augimo etapais ir sumažinti liekanų sukeltas sėklų guolių problemas.
• Mišiniai ir įvairovė: naudokite rūšių mišinius, kad subalansuotumėte tokias savybes kaip šaknų gylis, biomasės gamyba ir maistinių medžiagų surinkimas, taip padidindami atsparumą oro reiškiniams.
• Dirvožemio trikdymas: pirmenybę teikite sumažinto arimo arba beariminėms sistemoms, kad išsaugotumėte dirvožemio struktūrą, mikrobų buveines ir liekanų dangą, kuri prisideda prie anglies kaupimo.
• Maistinių medžiagų valdymas: Stebėkite dirvožemio maistinių medžiagų būklę, kad išvengtumėte imobilizacijos ar maistinių medžiagų disbalanso dėl dengiančių augalų biomasės ir skaidymosi dinamikos.

Įgyvendinimą taip pat lemia sąnaudų aspektai, darbo jėgos prieinamumas ir įrangos suderinamumas. Mokymai ir konsultavimas kartu su eksperimentais ūkio mastu padeda pritaikyti dengiamųjų augalų programas prie vietos sąlygų ir įmonių derinio. Bendradarbiavimas su kaimyniniais ūkiais ar demonstraciniais sklypais gali paspartinti mokymąsi ir pritaikymą, parodant apčiuopiamą naudą.

Dirvožemio sveikatos ir anglies dioksido išmetimo stebėsena ir vertinimas

Norint suprasti dengiančių augalų poveikį, būtina sisteminga stebėsena. Pagrindiniai rodikliai apima:

• Dirvožemio organinė anglis ir bendra organinė medžiaga
• Agregatų stabilumo ir dirvožemio struktūros rodikliai
• Tūrinis tankis ir poringumas
• Infiltracijos greitis ir vandens sulaikymo pajėgumas
• Maistinių medžiagų prieinamumas ir mineralizuojamas azotas
• Mikrobinė biomasė ir fermentų aktyvumas
• Sliekų gausa ir kita dirvožemio fauna
• Likučių danga ir žemės dangos procentas
• Likęs dirvožemio drėgnumas prieš kultūrinių augalų sėją

Stebėseną galima įgyvendinti derinant lauko matavimus, laboratorinius tyrimus ir ūkyje taikomus įrankius. Reguliarus dirvožemio tyrimas prieš ir po dengiančių augalų ciklų padeda sekti organinių medžiagų (SOC), bendrojo azoto ir prieinamo fosforo pokyčius. Praktiški, nebrangūs metodai, tokie kaip infiltracijos bandymai, agregatų stabilumo vertinimai ir kokybiniai dirvožemio sveikatos rodikliai (spalva, struktūra ir sliekų buvimas), suteikia praktišką vaizdą kartu su laboratoriniais duomenimis. Dėl lėtos apyvartos ir klimato kintamumo įtakos būtinas ilgalaikis anglies dioksido kiekio matavimas. Ūkiai, taikantys standartizuotus matavimo protokolus, derina savo veiksmus su regioninėmis dirvožemio sveikatos iniciatyvomis ir anglies dioksido rinkomis, kai taikoma.

Atsparumas klimato kaitai ir ilgalaikės pasekmės

Dengiamieji augalai prisideda prie atsparumo klimatui, apsaugodami dirvožemį nuo sausros ir smarkių liūčių. Pagerindami dirvožemio struktūrą, užtikrindami vandens infiltraciją ir didesnį drėgmės išlaikymą dirvožemyje, dengiamosios kultūros gali sušvelninti sausros poveikį ir sumažinti potvynių riziką, skatindamos greitą vandens infiltraciją ir mažindamos paviršinį nuotėkį. Atsižvelgiant į klimato kintamumą, sistemos, kuriose naudojami dengiamosios kultūros, dažnai duoda stabilesnį derlių ir sumažina kritulių padarytą žalą dėl geresnės dirvožemio būklės ir drėgmės dinamikos.

Ilgalaikės pasekmės apima laipsnišką dirvožemio organinių medžiagų ir mikrobų įvairovės didėjimą, o tai lemia tvarų produktyvumą ir ekosistemų funkcijas. Dirvožemio gebėjimas kaupti anglį priklauso nuo mažo trikdymo, nuolatinės liekanų dangos ir kruopštaus sėjos nutraukimo laiko valdymo. Dengiamųjų augalų integravimas su kitais regeneraciniais metodais, tokiais kaip sumažintas žemės dirbimas, sėjomaina ir tikslus tręšimas, sukuria sinergiją, kuri sustiprina tiek dirvožemio sveikatą, tiek anglies dioksido kaupimo naudą. Prisitaikymo prie klimato kaitos strategijos, įskaitant rūšių, tinkamų prognozuojamiems oro sąlygoms, parinkimą, dar labiau sustiprins šiuos rezultatus.

Apribojimai, kompromisai ir politikos aspektai

Dengiamųjų augalų auginimas reikalauja praktinių apribojimų ir kompromisų įveikimo. Pagrindiniai iššūkiai:

• Steigimo ir nutraukimo išlaidos
• Įrangos prieinamumas ir lauko infrastruktūra
• Žiemos arba po derliaus nuėmimo taikomi oro langai, ribojantys įsitvirtinimą
• Potenciali konkurencija dėl dirvožemio drėgmės su prekiniais augalais kritiniais augimo laikotarpiais
• Nutraukimo laikas, turintis įtakos komercinių kultūrų sodinimo grafikams
• Galimas kenkėjų ir ligų pernešimas tam tikrose situacijose

Kompromisai kyla ieškant kompromisų tarp didelės biomasės gamybos ir spartaus skaidymosi ar liekanų tvarkymo, kurie gali trukdyti ankstyvajam sodinimui. Politikos priemonės ir paskatos, remiančios mokslinius tyrimus, konsultavimą ir išlaidų pasidalijimą, gali padėti ūkininkams įveikti kliūtis. Prieiga prie finansavimo, techninių konsultacijų ir rinkos galimybių gauti anglies dioksido kreditų ar dirvožemio sveikatos savybių gali turėti įtakos diegimo rodikliams ir ilgalaikiams rezultatams.

Būsimi tyrimai ir inovacijos

Nuolatiniai tyrimai plečia supratimą apie geriausią praktiką, kaip maksimaliai padidinti dirvožemio sveikatą ir anglies dioksido naudą iš dengiančių augalų. Sritys apima:

• Tikslus rūšių mišinių ir rotacijos grafikų derinimas atsižvelgiant į regionui būdingus rezultatus
• Kuriami greiti, lauko sąlygomis paruošti dirvožemio būklės ir anglies dioksido kiekio matavimo įrankiai
• Ilgalaikio anglies sekvestracijos potencialo tyrimas įvairiuose dirvožemiuose ir klimatuose
• Dengiamųjų augalų ir dirvožemio mikrobiomų, įskaitant mikorizinius tinklus, sąveikos tyrimas
• Dengiamųjų augalų ekonomikos ir gyvavimo ciklo poveikio vertinimas integruotose ūkininkavimo sistemose
• Vertinant socialinius ir politinius veiksnius, skatinančius platesnį pritaikymą ir tvarų naudojimą

Tiksliosios žemdirbystės, nuotolinio stebėjimo ir duomenų analizės pažanga leidžia tikslingiau valdyti dengiamųjų augalų programas. Ūkininkų vadovaujami eksperimentai, remiami konsultavimo paslaugomis ir dalyvaujamaisiais tyrimais, ir toliau leis rasti praktiškų, pritaikomų sprendimų, kurie optimizuos dirvožemio sveikatą ir anglies dioksido išmetimo rezultatus.

Išvada
Dengiamieji augalai yra daugialypis požiūris į dirvožemio sveikatos gerinimą ir anglies dioksido kaupimą. Dengiamieji augalai, gerindami dirvožemio struktūrą, organinių medžiagų kiekį, maistinių medžiagų apytaką, biologiją, vandens valdymą ir biologinę įvairovę, padeda kurti atsparesnes ir produktyvesnes ūkininkavimo sistemas. Nors rezultatai priklauso nuo konteksto ir reikalauja apgalvoto valdymo, potenciali nauda dirvožemio sveikatai ir prie klimato kaitos prisitaikiusiam ūkininkavimui yra didelė. Nuolatinės inovacijos, vertinimas ir palanki politinė aplinka bus būtini norint pasiekti šią naudą dideliu mastu.

Baigiamoji pastaba
Gerai suplanuota dengiamųjų augalų programa atitinka vietos klimatą, dirvožemio tipą ir ūkininkavimo tikslus, pabrėžiant įvairovę, sodinimo laiką ir minimalų trikdymą. Kruopščiai planuojant ir stebint, dengiamosios kultūros gali tapti tvaraus žemės ūkio kertiniu akmeniu, duodančiu apčiuopiamos naudos dirvožemio sveikatai ir anglies dioksido dinamikai.