РОЗДІЛ I: Оздоровлення ґрунтів

Здорові, живі ґрунти — це основа для успішного та прибуткового органічного землеробства й скотарства.

Здоров’я ґрунту є особливо важливим в південних регіонах, де виробники органічної продукції стикаються з інтенсивним тиском з боку бур’янів, комах-шкідників, паразитичних нематод та фітопатогенів; екстремальною літньою спекою, посухами й повенями; а також із типами ґрунтів, що мають природно обмежену родючість. Крім того, тривалі вегетаційні періоди можуть ускладнювати відновлення органічної речовини ґрунту (ОРҐ), особливо за інтенсивного вирощування сільськогосподарських культур.

В цих статтях ми починаємо з огляду унікальних викликів та можливостей, з якими стикаються виробники органічної продукції, працюючи над оздоровленням ґрунтів у Південному регіоні (Розділ I). У Розділі II ми досліджуємо, як застосовувати принципи оздоровлення ґрунту в органічному землеробстві до умов регіону, пропонуючи низку практичних кроків та стратегій, проілюстрованих історіями фермерів-новаторів та короткими описами основних наукових концепцій (Малюнок 1). У заключних розділах посібника наведено список ресурсів для додаткового читання (Розділ III), опис властивостей типів ґрунтів, поширених на Півдні (Розділ IV), та короткий огляд найновіших досліджень у сфері здоров’я ґрунтів, що проводяться в цьому регіоні (Розділ V).

Рисунок 1. Зв’язок між шістьма принципами управління здоров’ям ґрунту (синій текст) та дев’ятьма стратегіями й двома спеціальними темами (фіолетовий), що обговорюються в розділі II. Стратегії включають управління ґрунтом (коричневий) та вегетаційні практики (зелений), що базуються на знаннях ділянки та ґрунтів (червоний). Номери сторінок (чорний) для кожної теми відносяться до розділу II, який обговорює цю тему, та до коротких описів пов’язаних досліджень у розділі V.

Закон віддачі стверджує, що, окрім поповнення поживних речовин у ґрунті за потреби, фермер повинен поповнювати органічну речовину ґрунту, що споживається в процесі виробництва (Howard, 1947).

РОЗДІЛ I: Оздоровлення ґрунтів у південних регіонах: проблеми та можливості

Органічні фермери відновлюють і підтримують здоров’я та родючість ґрунтів, використовуючи методи, що сприяють накопиченню органічної речовини ґрунту (ОРҐ), а також підвищують біологічну активність і біорізноманіття ґрунту (Schonbeck et al., 2017, 2019).

Оптимальна кількість і якість органічної речовини підтримує пухку, добре агреговану структуру ґрунту. Такий ґрунт:

• краще поглинає дощову воду і зберігає достатню для рослин вологу;
• добре дренується, дозволяючи кисню досягати коріння;
• чинить опір вітровій та водній ерозії;
• потребує меншого обробітку для підготовки насіннєвого ложа;
• сприяє розвитку глибокої та розгалуженої кореневої системи.

Активна та різноманітна спільнота ґрунтових організмів покращує поглинання вологи й поживних речовин рослинами, запобігає хворобам, підвищує загальну стійкість до посухи та інших стресів і, в ідеалі, покращує якість врожаю.

Чому південні ґрунти не темнішають?

Публікації з органічного землеробства часто зображують м’який, пухкий, темно-коричневий ґрунт, багатий на дощових черв’яків та корисні мікроби, як мету та винагороду за застосування найкращих практик. Це може спантеличити фермерів з південних регіонів, адже їхні поля залишаються світлими й піщаними або цегляно-червоними й глинистими навіть після десятиліть старанної праці. То в чому ж річ? 🤔

Справа в кліматі. Активність ґрунтових мікробів зростає з температурою, подвоюючись на кожні 8°C і досягаючи піка приблизно при 38°C. У теплому, вологому, добре аерованому ґрунті мікроорганізми надзвичайно швидко споживають органіку. Цей процес вивільняє поживні речовини для рослин, але водночас «спалює» органічну речовину. На Півдні тривалі вегетаційні періоди, спекотне дощове літо та м’які зими підтримують активність ґрунтової біоти майже цілий рік. В результаті компост, гній чи рослинні залишки розкладаються майже одразу після внесення.

На противагу цьому, холодний клімат із суворими зимами «ставить на паузу» життя в ґрунті на кілька місяців. Це дозволяє органічним решткам накопичуватися, надаючи ґрунтам насиченого темного кольору та забезпечуючи вищий відсоток ОРҐ в аналізах.

Природні властивості та виклики

Клімат також формує фундаментальні властивості ґрунту протягом геологічного часу. Більшість ґрунтів у південному регіоні тисячоліттями зазнавали вивітрювання та вилуговування в теплому, дощовому кліматі. Це призвело до формування ґрунтів з кислим pH та відносно низьким вмістом поживних речовин і низькою ємністю катіонного обміну (ЄКО) — здатністю утримувати поживні речовини.

Деякі місцеві ґрунти мають специфічні проблеми:

• Високу схильність до ерозії, ущільнення або утворення кірки.
• Природний ущільнений підґрунтовий шар (хардпен).
• Підґрунтовий шар плінтиту, який при висиханні на поверхні твердне, перетворюючись на залізняк.
• Тяжкий глинистий верхній шар «гумбо», який складно обробляти.

У західній частині регіону, де клімат спекотний та сухий, виникають інші проблеми, як-от лужний pH, засоленість та надзвичайно низький вміст органічної речовини.

Методи обробітку, ефективні на одному типі ґрунту, можуть бути невдалими або навіть шкідливими на іншому. Наприклад, глибоке рихлення (чизелювання) руйнує ущільнений шар у піщаних ґрунтах, покращуючи ріст коріння, але в ciężких глинистих ґрунтах може просто утворювати тверді брили. Типи ґрунтів можуть кардинально змінюватися навіть у межах однієї ферми, тому кожен аграрій повинен добре вивчити ґрунти на своїй землі та відповідно добирати інструменти й технології.

Крім того, багато ґрунтів регіону виснажені десятиліттями нераціонального землеробства. Механічний обробіток (оранка та культивація) діє як стимулятор для ґрунтової біоти, підвищуючи її метаболічну активність. Це, з одного боку, може вивільняти доступні для рослин поживні речовини, а з іншого — прискорює розкладання органічної речовини. Відкрита, оброблена поверхня ґрунту є особливо вразливою до ерозії під час злив чи сильного вітру, а також до втрати органіки через її інтенсивну мінералізацію у спекотну погоду.

Як наслідок, багато сільськогосподарських ґрунтів у південному регіоні зазнали серйозної деградації. Це влучно описав Карл Джордан з Університету Джорджії, отримувач гранту SARE:

«Більшість сільськогосподарських ґрунтів на південному сході США сформувалися на сильно вивітрених материнських породах стародавніх Аппалачів або на пісках Прибережної рівнини. Коли перші поселенці прибули сюди, вони побачили, що ґрунти відносно багаті на органічну речовину. Однак вирубка лісів у XIX столітті, а за нею — понад 100 років інтенсивного землеробства, призвели до того, що колись родючі ґрунти зазнали вилуговування, ерозії та значних втрат органічної речовини. Наприклад, у регіоні Передгір’я безперервний обробіток повністю зруйнував верхні гумусові горизонти (O та A), залишивши на поверхні лише підґрунтя з високим вмістом заліза та алюмінію, низьким вмістом органіки, азоту (N), кальцію (Ca), магнію (Mg) та доступного фосфору».

— К. Джордан, проект SARE LS06-190

Попри ці труднощі, належні практики органічного землеробства, що підтримують активну, різноманітну та збалансовану ґрунтову біоту, можуть забезпечувати стабільну врожайність і водночас оздоровлювати ґрунт. Це дає довгострокові переваги, зокрема підвищення родючості, покращення вологоутримувальної здатності, пригнічення розвитку хвороб рослин та стійкість до зміни клімату й інших стресів (див. Концепцію 1).

КОНЦЕПЦІЯ №1: Баланс між вмістом органічної речовини (ОРҐ) та мікробною активністю в теплому кліматі

Ґрунтові бактерії, гриби та інші мікроорганізми живляться ексудатами коренів, рослинними рештками, гноєм та іншою органікою. Найпростіші, нематоди та мікроартроподи (мікроскопічні членистоногі) живляться дрібнішими мікробами, а ті, своєю чергою, стають їжею для більших організмів у складному ґрунтовому харчовому ланцюзі. 🥕➡️🐛➡️🐦

Цей ланцюг виконує дві життєво важливі для родючості функції: мінералізацію та стабілізацію.

1. Мінералізація. Під час дихання організми споживають органіку для отримання енергії, перетворюючи органічний азот (N) та інші поживні елементи на доступні для рослин мінеральні форми. Цей процес забезпечує живлення рослин у природних екосистемах і відіграє ключову роль в органічному землеробстві.
2. Стабілізація. У процесі життєдіяльності ґрунтова біота перетворює частину спожитої органіки на нову біомасу, яка згодом стає стабільною ґрунтовою органічною речовиною (ОРҐ). Частина цієї речовини може зберігатися в ґрунті роками й десятиліттями, покращуючи його структуру, вологоутримувальну здатність, ємність катіонного обміну (ЄКО) та створюючи сприятливе середовище для життя ґрунтових організмів.

Способи стабілізації органічної речовини

Органічна речовина стабілізується в ґрунті кількома шляхами (Weil and Brady, 2017):

• Фізичний захист: Частинки рослинних і мікробних решток стають «ув’язненими» всередині ґрунтових агрегатів, що захищає їх від швидкого розкладання.
• Мікробний «клей»: Ґрунтові бактерії виділяють полісахариди, а мікоризні гриби утворюють гломалін — речовини, що склеюють частинки ґрунту в стабільні агрегати.
• Зв’язування з мінералами: Ґрунтова біота перетворює органіку на сполуки, які міцно зв’язуються з частинками мулу та глини. Це так звана мінерально-асоційована органічна речовина.
• Адсорбція: Відмерлі клітини мікробів можуть міцно «прилипати» до поверхні ґрунтових мінералів.
• Утворення біовугілля: Вогонь перетворює біомасу на біовугілля (чорний вуглець), яке надзвичайно стійке до розкладання і слугує радше «житлом» для мікробів, ніж «їжею», покращуючи структуру ґрунту.

Виклик теплого клімату

Головне завдання полягає в тому, щоб збалансувати процеси мінералізації та стабілізації для одночасного підтримання здоров’я ґрунту й живлення культур. Високі температури та механічний обробіток ґрунту значно прискорюють мікробне дихання (мінералізацію) і можуть руйнувати наявні запаси ОРҐ. Як наслідок, ґрунти в теплому кліматі зазвичай мають нижчий відсоток органічної речовини та світліше забарвлення, ніж ґрунти в холодніших регіонах.

Однак мінералізація та стабілізація не є взаємовиключними процесами. Активний, різноманітний та добре збалансований ґрунтовий мікробіом може ефективно мінералізувати органіку для живлення рослин і водночас перетворювати значну її частину на стабільну, мінерально-асоційовану органічну речовину.

Цей мікробний процес є чи не єдиним джерелом накопичення стабільної ОРҐ у добре дренованих ґрунтах теплого клімату. На відміну від органічної речовини, захищеної в агрегатах (яка накопичується переважно у верхньому шарі за умов нульового обробітку), мінерально-асоційована ОРҐ є стійкішою до високих температур та обробітку, може накопичуватися по всьому ґрунтовому профілю й підтримує родючість, навіть якщо ґрунт не набуває класичного темного «гумусного» забарвлення.

Гарна новина для виробників полягає в тому, що найкращі ґрунтозберігаючі практики, які передбачають цілорічний живий рослинний покрив та використання органічних добрив і поправок (як-от компост), зазвичай покращують і мінералізацію, і стабілізацію, сприяючи загальному здоров’ю та родючості ґрунту (Hooks et al., OREI project 2010-01954; Hurisso et al., 2016; Lori et al., 2017; Osterholz et al., 2017).

Можливості теплого клімату

Хоча спекотна погода може прискорювати деградацію ґрунту, теплий клімат південного регіону та тривалі вегетаційні періоди також створюють унікальні можливості для оздоровлення ґрунту через вирощування біомаси. Продумані сівозміни з високопродуктивними покривними культурами дозволяють підтримувати живий рослинний покрив на полях практично цілий рік. 🌿

Постійна наявність живого коріння в ґрунті поповнює запаси органічної речовини та підтримує життєдіяльність ґрунтової біоти. Фермери можуть обирати з довгого переліку покривних культур холодного сезону (зернові, бобові, хрестоцвіті), які активно ростуть протягом м’яких південних зим. Також доступний не менш широкий вибір теплолюбних трав, бобових та різнотрав’я для літнього покриву.

Багато виробників на півдні можуть зібрати два товарні врожаї та виростити високопродуктивну покривну культуру протягом одного календарного року. Фермерам, що працюють північніше, стає дедалі легше поєднувати вирощування товарної та покривної культур, оскільки зміна клімату подовжує вегетаційний період.

У Розділі II будуть запропоновані практичні стратегії вирішення цих проблем.

КОНЦЕПЦІЯ №2: Як зміна клімату впливає на здоров’я ґрунту на Півдні

Зміна клімату призвела до підвищення середньої температури в південному регіоні, особливо літніх нічних температур, а також до частіших та інтенсивніших злив (з опадами понад 75 мм за добу), які розмивають та ущільнюють ґрунти (USCGRP, 2018). Наприклад, під час ураганів Харві (Техас, 2017) та Флоренс (Північна Кароліна, 2018) випало понад метр опадів. А у 2018 році значна частина Вірджинії отримала рекордну річну кількість опадів — понад 2000 мм, внаслідок чого ґрунти на орних землях зазнали сильного ущільнення та перезволоження.

Характер опадів також став більш непередбачуваним: періоди екстремальної посухи та повеней тепер можуть чергуватися протягом одного року. Так, у 2019 році деякі частини південного сходу постраждали від «раптової посухи» та втрат врожаю: після кількох місяців надмірних опадів, що обмежили розвиток кореневої системи, настали два місяці спекотної бездощової погоди. ⛈️☀️

Фермери в регіоні П’ємонт (Джорджія) повідомляють, що зими стали коротшими й теплішими, весна настає раніше, а спекотна, суха осінь, яка раптово змінюється різким похолоданням, ускладнює сівбу та приживання озимих покривних культур (Bryan Hager, 2020, особисте повідомлення).

Виробники на Півдні також відзначають передчасне потепління наприкінці зими, за яким ідуть несподівані пізні весняні заморозки, що можуть пошкодити покривні культури та завдати значних збитків врожаю багаторічних плодових культур. ❄️

Щоб ефективно впроваджувати цю важливу ґрунтозберігаючу практику, фермери повинні мати доступ до сортів покривних культур, адаптованих як до вологих, так і до посушливих умов та екстремальних температур. Крім того, вони мають бути готовими до прийняття оперативних рішень щодо термінів сівби (Emily Oakley, 2020, особисте повідомлення).

Виклик №1: Агресивні бур’яни

Високі температури та тривалі вегетаційні періоди на Півдні стимулюють ріст бур’янів та посилюють їхню конкуренцію з культурними рослинами. Деякі з найагресивніших бур’янів регіону (наприклад, амарант Палмера та смикавець пурпуровий) ростуть найшвидше за температур 35–38°C — умов, які вже є стресовими для теплолюбних культур.

Боротьба з бур’янами без синтетичних гербіцидів змушує аграріїв частіше вдаватися до механічного обробітку, що, своєю чергою, призводить до втрати органічної речовини ґрунту (ОРҐ), посилює ерозію та шкодить корисним грибам, дощовим черв’якам та іншим ґрунтовим організмам. Таким чином, органічні виробники на Півдні постійно стикаються зі складним компромісом: зберегти здоров’я ґрунту чи проконтролювати бур’яни, щоб отримати врожай.

Виклик №2: Обмеження No-Till та багаторічних систем

Щоб захистити ґрунт, органічні фермери намагаються зменшити частоту та інтенсивність обробітку. Одна зі стратегій — ротаційний No-Till, коли високорослу покривну культуру прикочують котком-подрібнювачем, після чого в мульчу висівають товарну культуру. Хоча ця система чудово накопичує органіку на поверхні, вона є складною в управлінні, і головною перешкодою для неї на Півдні залишаються бур’яни.

Переведення полів на два-три роки під багаторічні трави може зменшити кількість однорічних бур’янів та відновити родючість ґрунту. Однак у таких умовах можуть поширитися повзучі багаторічні бур’яни, як-от смикавець їстівний, сорго алепське (джонсонграс) та свинорий пальчастий (бермудська трава), створюючи проблеми для майбутніх культур (John Bell, 2020, особисте повідомлення).

Виклик №3: Шкідники та хвороби

Популяції комах-шкідників, паразитичних нематод та патогенів у теплому кліматі Півдня часто «вибухають» і чинять сильний тиск на посіви. Твердження, що органічні методи повністю вирішують ці проблеми, є перебільшенням. Хоча здоровий ґрунт і відсутність синтетичних пестицидів сприяють розвитку мікробів, що пригнічують хвороби, самі по собі ці методи не завжди можуть захистити врожай. Їх слід розглядати як один із компонентів інтегрованої стратегії боротьби зі шкідниками.

Виклик №4: Управління поживними речовинами

Азот (N): складнощі прогнозування

Одна з ключових проблем в органічному землеробстві — адаптувати стандартні рекомендації з аналізу ґрунту до норм внесення органічних добрив, особливо азотних. На відміну від неорганічних фермерів, які можуть вносити точні дози розчинних добрив, органічні аграрії залежать від біологічних процесів мінералізації. Швидкість вивільнення азоту з ОРҐ та органічних добрив важко передбачити.

Залежно від умов, ґрунт може вивільнити як недостатньо азоту, так і більше, ніж потрібно культурі. Якщо азот вивільняється невчасно, врожайність падає, а надлишки можуть вимиватися у ґрунтові води або перетворюватися на потужний парниковий газ — закис азоту (N₂O).

Фосфор (P): небезпека надлишку

Дрібні фермери часто намагаються компенсувати втрати органіки та нестачу азоту, вносячи великі дози компосту чи гною. Однак це може призвести до надмірного накопичення в ґрунті фосфору (P), а також інших елементів, що підвищує ризик засолення.

Коли рівень фосфору в ґрунті стає занадто високим, рослини припиняють «годувати» мікоризні гриби (АМГ) — надзвичайно корисних симбіонтів, які допомагають засвоювати поживні речовини, підвищують стійкість до посухи та хвороб. У результаті ці гриби стають неактивними, і рослина втрачає їхню підтримку. Таким чином, надто багато компосту може нашкодити здоров’ю ґрунту.

Водночас фермери з обмеженими ресурсами стикаються з протилежною проблемою — високою вартістю органічних добрив. Деякі вирішують її, використовуючи місцеві органічні відходи: бавовняні відходи, рисове лушпиння, пташиний послід, харчові відходи та подрібнену деревину гілок.

Виклик №5: Високі тунелі

Виробництво у високих плівкових тунелях дозволяє отримувати кілька врожаїв на рік, але створює додаткові проблеми:

• Прискорена втрата ОРҐ через постійно теплі умови.
• Накопичення солей у верхньому шарі ґрунту через відсутність природних опадів.
• Надлишок фосфору та солей через інтенсивне внесення компосту.

Покривні культури можуть вирішити ці проблеми, але багато виробників не використовують їх у тунелях через логістичні труднощі та фінансові втрати.

Джерела:

Building Healthy Living Soils for Successful Organic Farming in the SOUTHERN REGION By Mark Schonbeck and Lauren Snyder. With contributions from John Bell, Bryan Hager, Krista Jacobsen, Emily Oakley, Danielle Treadwell, Steve Diver, and Elizabeth Little

Photo by Gabriel Jimenez on Unsplash

Схожі статті