Сокращение обработки почвы привело к резкому росту урожайности и уровня органического углерода в почве

Новое исследование Университета штата Южная Дакота показывает, что снижение интенсивности обработки почвы привело к увеличению содержания органического углерода в почве и росту урожайности кукурузы и сои.

С 2000 года урожайность кукурузы и сои значительно выросла. В Южной Дакоте, Айове, Миннесоте и Небраске урожайность кукурузы увеличивается более чем на два бушеля с акра в год, а сои — более чем на полбушеля с акра в год.

Помимо улучшения сортов сельхозкультур, на рост урожайности повлияло улучшение здоровья почв в результате внедрения природоохранных практик, таких как минимальная или нулевая обработка. Уровень органического вещества в почве увеличивается со скоростью более 650 фунтов на акр в год, что значительно улучшает здоровье почвы.

По словам авторов исследования, совокупное влияние улучшенной генетики, снижения интенсивности обработки почвы, внедрения других природоохранных практик и увеличения водоудерживающей способности почвы привело к повышению и продолжает повышать годовую урожайность кукурузы и сои.

Эволюция обработки почвы

Интенсивная обработка почвы в прошлом, способствовавшая возникновению Пыльного котла, привела к исторически низкому уровню органического углерода в почве. Углерод — ключевой компонент органического вещества, влияющий на удержание питательных веществ, структуру почвы и хранение воды.

С 1980-х годов интенсивность обработки постепенно снижалась, переходя к системам сберегающей, а затем и нулевой обработки. К 2012 году нулевая обработка применялась примерно на 33% ферм США, а в 2018-2021 годах 77% фермеров восточной Южной Дакоты использовали какую-либо форму сокращенной обработки.

Ключевое исследование

Исследование, опубликованное в Scientific Reports, проанализировало данные за 21 год (2000-2021). На основе более 650 000 образцов поверхностного слоя почвы из Южной Дакоты было установлено, что ежегодно на полях штата сохраняется 428 фунтов углерода на акр.

"Основываясь на более чем 12 миллионах образцов почвы из четырех штатов, мы определили, что примерно 1,24 миллиарда метрических тонн углерода было накоплено в шести дюймах поверхностного слоя почвы за 21 год", — отметил профессор Дэвид Клей. Улучшение здоровья почв также способствовало снижению эрозии на 14,3-31,5% в период с 1987 по 2017 год в зависимости от штата.

"Снижение интенсивности обработки замедляет разложение органического вещества, что увеличивает способность почвы удерживать воду и ведет к повышению урожайности. Более высокие урожаи увеличивают содержание органического вещества, что еще больше повышает продуктивность, одновременно сокращая сток и эрозию", — пояснил Клей.

Рост уровня органического углерода в почве связан с увеличением количества остатков (соломы, корней, экссудатов), остающихся в поле после уборки урожая. Этот неубранный углерод преобразуется почвенными организмами в гумус.

Насыщение углеродом

Концепция "насыщения углеродом" предполагает существование предела для хранения органического углерода в почве. Однако, согласно исследованию, почвы Южной Дакоты еще не приближаются к этому пределу.

Почвы региона могут хранить еще больше углерода по мере дальнейшего снижения интенсивности обработки и более полной интеграции покровных культур в производственные системы.

Снижение потребности в удобрениях и устойчивость к засухе

Рост уровня органического углерода может означать, что фермерам не нужно использовать столько азота на полях кукурузы. В 2024 году исследователи сообщили, что в Южной Дакоте рекомендации по внесению азота можно снизить примерно на 25% без снижения урожайности кукурузы.

Это частично связано с улучшением здоровья почв и повышением эффективности использования азота.

Повышение уровня органического углерода также связано с лучшей устойчивостью к экстремальным погодным явлениям. Улучшенная водоудерживающая способность повысила устойчивость почв Южной Дакоты к засухам. Исследование, сравнивавшее экономическое влияние засух 1974 и 2012 годов, показало, что улучшение здоровья почв способствовало положительному экономическому воздействию в размере 1,1 миллиарда долларов на чистую сельскохозяйственную прибыль Южной Дакоты во время более severe засухи 2012 года.