3.2: Здоров'я та управління ґрунтом

Лора Ван Ерд, Кейт Конгревс, Меліса Арканд, Івонн Лоулі та Керолайн Халд

Цілі навчання

Після завершення цієї глави студенти зможуть:

1. Визначте термін «здоров'я ґрунту» і зрозумійте його складові
2. Порівняння методів кількісної оцінки здоров'я ґрунту
3. Поясніть зв'язок між покращенням здоров'я ґрунтів та покращенням екосистемних послуг
4. Визначте загрози здоров'ю ґрунтів, які спричиняють деградацію ґрунту, та те, як певні практики захищають ґрунт від загроз, підтримують диверсифікацію або «багаторічні» системи врожаю та забезпечують збільшення споживання вуглецю
5. Назвіть 6C практики управління здоров'ям ґрунту та поясніть, як кожен сприяє поліпшенню здоров'я ґрунту

ВСТУП

Потенціал деградації ґрунтів залишається постійною загрозою стійкості та стійкості сільськогосподарських та природних екосистем. Коли ґрунт деградує, так само є і його здоров'я. Зусилля щодо поліпшення або підтримки здоров'я ґрунтів принесуть користь не тільки виробникам або землеустроям, але й принесуть користь навколишньому середовищу - безпрограшний сценарій, який став можливим, оскільки здорові ґрунти йдуть рука об руку з екосистемними послугами (таблиця 15.1). Читаючи цю главу, ви дізнаєтесь про історію здоров'я ґрунту, її визначення, як воно стосується послуг ґрунтової екосистеми та як це вимірюється та інтерпретується. З точки зору поліпшення здоров'я ґрунтів ми пропонуємо 6С практики управління здоров'ям ґрунтів як позитивні дії для поліпшення здоров'я ґрунтів (рис. 15.1). Їх називають 6Cs, оскільки вони починаються з літери С, підкреслюючи важливість вуглецю в ґрунті та його вплив на здоров'я ґрунту. Тут ви дізнаєтеся про кожен з 6Cs і про те, як вони впливають на здоров'я ґрунту. Ви швидко побачите, що концепція здоров'я ґрунту об'єднує більшу частину того, що ви дізналися в інших розділах, а 6Cs надають вам варіанти управління, які ви можете застосувати у своєму полі, саду чи дворі для поліпшення здоров'я ґрунту та продуктивності рослин.

Малюнок 15.1. Схематичний шлях виявлення ґрунтової загрози, вимірювання різних показників стану ґрунту та впровадження 6Cs управління здоров'ям ґрунтів, які відновлюють здоров'я ґрунтів та одночасно покращують різні екосистемні послуги. Адаптовано з Інституту здоров'я ґрунту Лаурою Ван Еерд. © Інститут здоров'я ґрунту ліцензується за ліцензією CC BY (Attribution).

ВАЖЛИВІСТЬ ЗДОРОВ'Я ҐРУНТУ ДАВНО ВИЗНАНА

Грунти в Канаді молоді, розвинувшись протягом 10 000 років або близько того з моменту відступу останніх льодовиків (див. Розділ 2). Канадське суспільство отримало користь від родючості, властивої цим молодим ґрунтам, все ще відносно багатим поживними речовинами та органічними речовинами, які поширюються на наші сучасні ландшафти. Тим не менш, канадським фермерам та землеустроям довелося пильно стежити за тим, як антропогенна діяльність деградувала ґрунти протягом десятиліть і століть після масштабного розчищення лісів та рідних пасовищ для використання ресурсів та видобутку. Нам довелося реагувати, адаптуючи нові технології та стратегії управління, які найкраще відповідають конкретним кліматичним та ґрунтовим умовам, присутнім у будь-якому географічному положенні, щоб підтримувати функції ґрунту та здатність надавати екосистемні послуги - щоб ґрунт здоровий.

Поняття здоров'я ґрунту та усвідомлення того, що дії людини впливають на функції ґрунту, можна простежити в письмовому записі протягом тисячоліть. У Канаді ці письмові записи не такі старі, але корінні жителі та суспільства, які процвітали тут, усвідомлювали центральну роль ґрунтів у підтримці їх життєдіяльності. До європейського поселення корінні жителі керували ландшафтом безліччю способів, що прямо та опосередковано впливало на властивості та функції ґрунту для задоволення їхніх потреб у сприянні забезпеченню продовольством.

Наприклад, сільське господарство було присутнє в регіоні Великих озер до європейського поселення, де люди Хауденосауни практикували перші в Канаді системи перехрещування культур, сіваючи разом кабачки, кукурудзу та боби. Змішуючи ці безкоштовні форми росту рослин разом, ця практика допомагає підтримувати продуктивність рослин шляхом прагнення до поживних речовин ґрунту та підкреслює взаємність між людьми та ґрунтом: не тільки беручи з ґрунту, але й віддаючи назад. Через століття пересічення розглядається як нова стратегія зміцнення здоров'я ґрунтів - і є прикладом того, як диверсифікація рослин підтримує здоров'я ґрунтів. Зв'язок між людьми, ґрунтами та рослинами також поширюється на тварин. У канадських преріях зубри відігравали центральну роль у формуванні екосистем пасовищ. Ці ландшафти включали корінних жителів, які практикували прописане спалювання для боротьби з деревними видами, зберігаючи смачну рослинність для випасу бізонів (Savage, 2011). Без впливу людини на ці взаємодії між тваринами та рослинами та ґрунтом, чи існував би географічний діапазон багатих органічною речовиною пасовищ ґрунтів чорноземів (див. Розділ 10), які підтримують сільське господарство канадських прерій, як ми їх знаємо сьогодні?

Чи можете ви копати його!

Кірстен Курц. © Лаура Ван Еерд ліцензується на умовах ліцензії CC BY (Зазначення Авторства).

Кірстен Курц, менеджер лабораторії здоров'я ґрунту Корнелла, демонструє плакат картини «Три сестри в грунті» (зліва), зробленого Курцем та студентами, використовуючи лише ґрунти. Ця картина стала переможцем Продовольчої та сільськогосподарської організації (ФАО) першого глобального конкурсу ґрунтового живопису ООН на честь Всесвітнього дня ґрунту (5 грудня). Зверніть увагу на кошики кукурудзи, квасолі та кабачків (три основні сільськогосподарські культури різних корінних груп у Північній Америці) та безліч кольорів, отриманих із ґрунту. Хто знав, що грунт може бути таким барвистим?

У методі посадки «Три сестри» три культури отримують користь один від одного. Кукурудза забезпечує структуру для квасолі, щоб піднятися, виключаючи необхідність в полюсах. Боби забезпечують азотом грунт, а кабачок поширюється по землі, блокуючи сонячне світло і допомагаючи запобігти утворенню бур'янів.

Для отримання додаткової інформації дивіться: https://blogs.cornell.edu/hort/2018/01/12/three-sisters-in-soil-wins-global-soil-painting-competition/

ВИЗНАЧЕННЯ СТАНУ ҐРУНТУ

Сьогодні терміни якість ґрунту та здоров'я ґрунту зазвичай використовуються як синоніми - відрізняються здебільшого перевагою, а не значенням. Найбільш широко цитоване визначення полягає в тому, що Doran et al. (1996) - здоров'я ґрунту - це здатність ґрунту функціонувати в межах екосистем та меж землекористування для підтримки: (i) біологічної продуктивності, (ii) якості навколишнього середовища та (iii) здоров'я рослин і тварин (включаючи людину). Таким чином, він посилається на зв'язок між функціями ґрунту та послугами ґрунтової екосистеми (Bünemann et al., 2018). Функції ґрунту представляють «що робить ґрунт» або «як поводиться ґрунт», а не описують, що таке ґрунт. Функції ґрунту - це зв'язки атрибутів ґрунту та процесів, які зв'язуються між собою, щоб служити певній ролі. Здатність ґрунту функціонувати забезпечує ступінь надання екосистемних послуг. Екосистемні послуги, багато з яких прямо і опосередковано надаються грунтами, підтримують саму виживання і якість всього життя (табл. 15.1, рис. 15.2). Враховуючи складні відносини ґрунтів з екосистемними послугами, не дивно, що точно визначити, що являє собою здоровий ґрунт, було складним завданням. Жодне вимірювання ґрунту не кількісно визначає стан ґрунту, скоріше його слід виводити з безлічі ґрунтових ознак, процесів та контекстів.

Таблиця 15.1. Спрощені зв'язки між здоровим та функціонуючим ґрунтом та екосистемними послугами з прикладами показників

Функції/ролі ґрунту	Екосистемна послуга	Товари, що надаються ґрунтовими екосистемами	Приклад показників здоров'я ґрунту
Забезпечення середовища проживання, регулювання біологічних популяцій; циклічність елементів та органічних речовин; водний цикл	Виробництво біомаси	Продукти харчування, корми, паливо, клітковина та інші матеріали	Первинна продуктивність
			Органічні речовини і вуглець
			Глибина горизонту
Циклічність елементів і органічних речовин; водний велоспорт	Постачання поживних речовин	Постачання та надходження поживних речовин та енергії	Органічні речовини і вуглець
			Активоване вугілля
			Потенційно мінералізований азот
			Концентрації поживних речовин
Циклічність елементів і органічних речовин; водний велоспорт	Регулювання клімату	Можливість зберігання вуглецю та регулювання викидів парникових газів та пом'якшення зміни клімату	Органічний вуглець
			Дихання
			Загальний азот
Забезпечення середовища існування та регулювання біологічних популяцій	Регулювання температури	Пом'якшує проти екстремальних коливань температур	Ємність утримування води
			Органічні речовини
Циклічність води; циклічність елементів і органічних речовин; підтримання структури ґрунту	Якість води та постачання	Рослинність і едафічні фактори регулюють інфільтрацію вологи, проціджування, зберігання, витрату, фільтрацію і якість води	Доступна ємність води
			Швидкість інфільтрації
			Проникнення
Забезпечення середовища проживання та регулювання біологічних популяцій; циклічність елементів та органічних речовин	збереження біорізноманіття	Підтримуйте флору і фауну та підтримуйте життєздатність генофондів	Аналіз фосфоліпідних жирних кислот
			QPCR
			геноміка
Забезпечення середовища проживання та регулювання біологічних популяцій; водний цикл	Контроль шкідників та хвороб	Регулювати баланс і структуру спільнот і популяцій, а також діяльність хижаків і видобутку	геноміка
			Коренева оцінка
Обслуговування структури ґрунту	Контроль ерозії	Пом'якшення збитків, таких як повені або зсуви	Сукупна стабільність
			Текстура
			Органічні речовини
Забезпечення середовища проживання	Культурні послуги	Зберегти переваги, які люди отримують від екосистем на додаток до згаданих вище, таких як духовне збагачення, розвиток, відпочинок та естетичні цінності	Первинна продуктивність

Малюнок 15.2. Зв'язок між функціями ґрунту (синім кольором) та екосистемними послугами (жовтим кольором) © Kate Congreves, Univ. of Saskatchewan ліцензується за ліцензією CC BY (Attribution).

ВИМІРЮВАННЯ ТА ІНТЕРПРЕТАЦІЯ ЗДОРОВ'Я ҐРУНТУ

Дослідження здоров'я ґрунтів різко розширилися за останні три десятиліття (рис. 15.3), і зі знаннями приходить використання. Цей набір знань значною мірою сприяв засвоєнню інтересу до здоров'я ґрунту та тестування виробників та землеустроїв у всьому світі. Зараз люди використовують тести на здоров'я ґрунту для порівняння та відстеження вимірювань стану ґрунту, коли вони впроваджують нові практики, спрямовані на підвищення стійкості сільського господарства, екосистем та ґрунтів. Однак вимірювання стану ґрунту сильно різняться, і глобальної консенсусу немає. Існує безліч підходів до моніторингу та розшифровки стану здоров'я ґрунту, починаючи від вузьких і простих до багатогранних і складних (рис. 15.4). Підходи вибираються виходячи з легкості відбору проб, критеріїв вимірювання, аналітичних лабораторних засобів, надійності та вартості. Незалежно від відмінностей, застосовується єдине правило: щоб тест на здоров'я ґрунту був значущим, він повинен орієнтуватися на конкретну та відповідну функцію ґрунту або екосистемну послугу.

Малюнок 15.3. Починаючи з 1970 року, ряд досліджень, присвячених оцінці якості ґрунту та здоров'я ґрунту в агроекосистемах. © Inderjot Chahal ліцензується за ліцензією CC BY (Attribution).

Візуальні оцінки

Освіта ґрунту має велике значення, а візуальні оцінки показників здоров'я ґрунту дають можливість вчитися. Якісні показники, які можуть бути оцінені в цій галузі, можуть забезпечити досвід навчання та сприяти спілкуванню між виробниками або земельними стюардами та фахівцями. Часто приділяючи пильну увагу ґрунту, візуальні оцінки є ключовою частиною планування та переробки земельних ресурсів.

На полах візуальні оцінки ґрунту зазвичай вимагають мало часу (менше години), мінімальних інструментів (лопата або лопата та води) та дають негайні результати. Можна сказати, що візуальні оцінки стану ґрунту зосереджені насамперед на поверхневому ґрунті (якщо ямки не викопані для оцінки профілю) та на фізичних ознаках порівняно з біологічними та хімічними ознаками. Наприклад, візуально вивчаючи зразок ґрунту, можна грубо оцінити текстуру ґрунту, агрегацію, структуру, ущільнення та проникнення води - всі фізичні компоненти ґрунту. Трохи більше зусиль та доступу до простих інструментів можна зробити візуальні інтерпретації про хімію (рН ґрунту) та біології (дихання, кількість дощових черв'яків). Деякі практикуючі використовують довідкові картки для вивчення кольору, комбінування візуальних оцінок із запахом або перегляду зразків ґрунту під мікроскопом. Фотомонтаж тут показує візуальні оцінки, які покладаються на зміну кольору (рис. 15.4A і 15.4B), і експертні знання (рис. 15.4C).

Малюнок 15.4. Різні види візуальної оцінки здоров'я ґрунту: (A) Solvita ґрунтове дихання «весло» змінює колір, вказуючи на більшу концентрацію CO ₂, (B) тест ґрунтового білка працює шляхом вимірювання зміни кольору спектрофотометром після випробування хімічної реакції в лабораторії , (C) Д-р Кетрін Фокс, науковий співробітник з сільського господарства та агропродовольства Канади, Harrow, ON проводить структурну оцінку. Кредити на фотографії: © Кейт Конгревес, Університет Саскачевану; Лаура Ван Ерд, Univ. of Guelph ліцензується за ліцензією CC BY (Зазначення авторства).

Щоб допомогти у візуальній оцінці стану ґрунту, бальні картки були розроблені як простий інструмент для орієнтування спостережень за ґрунтом, рослинами, водою та тваринами щодо якості. Деякі бальні картки також надають візуальний ключ, який допоможе мінімізувати неправильні тлумачення неекспертами ґрунтознавства.

Не всі візуальні оцінки ґрунту є низькотехнологічними - ґрунтовий вчений використовує синхронітронну або комп'ютерну осьову томографію (CAT) сканування як методи візуальної оцінки. Ті самі скани CAT, що використовуються в медицині, використовувались у ґрунті для вимірювання пористості, зв'язності та скоринки.

Незважаючи на переваги візуального вивчення ґрунту, більшість візуальних оцінок самостійно не можуть оцінити ступінь виконання екосистемних послуг ґрунту - крім можливого контролю ерозії, як це випливає з фізичних ознак ґрунту. Таким чином, візуальні оцінки ґрунту можуть бути більш корисними для визначення стану здоров'я ґрунту у поєднанні з іншими аналітичними методами.

Тести на здоров'я ґрунту

Аналітичні випробування ґрунту пропонують більш точну інформацію про фізичні, хімічні та біологічні стовпи здоров'я ґрунту, ніж можуть запропонувати візуальні огляди. Перелік загальних ознак ґрунту, які вимірюються за допомогою лабораторних аналітичних підходів для кожного з трьох стовпів, наведено на малюнку 15.5, і більшість з яких вже обговорювалися в попередніх розділах цієї книги (див. Розділ 4, глава 5 та главу 6). Проведення випробувань ґрунту може бути корисним для планування управління; наприклад, багато сертифікованих лабораторій пропонують рекомендовані кількості добрив на основі рівня поживних речовин у ґрунті та цілей врожайності виробників.

Малюнок 15.5. Цілісні вимірювання та інтерпретації здоров'я ґрунту спираються на три стовпи ґрунтознавства: біологія, хімія та фізика. Дані атрибутів ґрунту повинні бути пов'язані з функцією ґрунту та ефективністю екосистемних послуг, щоб осмислено інтерпретувати стан ґрунту © Kate Congreves, Univ. з Саскачевану, ліцензується за ліцензією CC BY (Attribution).

В даний час доступні комерційні тести на здоров'я ґрунту пропонують розуміння одного або декількох ознак ґрунту (Таблиця 15.2). Ці комерційні тести часто є тестами, орієнтованими на біологію або хімію, які кількісно визначають атрибути ґрунту і можуть бути корисними для моніторингу тенденцій з часом та з одного місця в інше. Однак усі три стовпи здоров'я ґрунту слід враховувати для цілісної інтерпретації стану здоров'я ґрунту. З огляду на це, слід визнати, що збільшення кількості ознак може збільшити складність взаємозв'язків між показниками, що може ускладнити інтерпретацію і, отже, рекомендації управління. В ідеалі дані атрибутів ґрунту повинні бути пов'язані з функцією ґрунту та ефективністю екосистемних послуг, щоб зрозуміти стан ґрунту більш значущим чином.

Таблиця 15.2. Показники здоров'я ґрунту, які включені в різні тести на здоров'я ґрунту. Які показники включав би ваш тест на здоров'я ґрунту?

Індикатор здоров'я ґрунту	Комплексна оцінка стану ґрунту (CASH)	Рамки оцінки здоров'я ґрунтів (SMAF)	Набір для випробування ґрунту NRCS (NRCS)	Тест Хейні (Хейні)	Оцінка інституту здоров'я ґрунту (SHI)	Рамки відбитків пальців грунту (AAFC)
Фізичні
Текстура	Х	-	Х	-	Х	Х
Сукупна стабільність	Х	Х	Х	-	Х	запропоновано
Проникнення	Х	-	Х	-	Х	-
Доступна ємність води	Х	Х	Х	-	Х	-
Насичена гідравлічна провідність	-	-	-	-	Х	запропоновано
Насипна щільність	-	Х	Х	-	Х	Х
Інфільтрація	-	Х	Х	-	-	-
Рейтинг ерозії (РУСЛ)	-	-	Х	-	Х	-
гасіння	-	Х	Х	-	-	-
скоринки	-	Х	Х	-	-	Х
Структура + макропори	-	Х	Х	-	-	Х
Глибина горизонту	-	-	Х	-	-	Х
Біологічні
Зростання рослини/врожайність	-	-	Х	-	Х	запропоновано
Коренева оцінка	Х	-	Х	-	-	фаза розвитку
Потенційно мінералізований N	Х	-	Х	-	Х	-
Протеїн	Х	-	-	-	Х	-
Ферменти	-	Х	Х	-	Х	-
Мікробна біомаса	-	-	-	-	-	-
Дощові черв'яки	-	Х	Х	-	-	фаза розвитку
NH3 випущений (SLAN)	-	-	-	Х	-	-
CO2 еволюціонував (дихання)	Х	Х	Х	Х	Х	-
Фосфоліпідна жирна кислота (PLFA)	-	-	-	-	Х	-
Метиловий ефір жирних кислот, пов'язаний з ефіром (EL-FAME)	-	-	-	-	Х	-
геноміка	-	-	-	-	Х	запропоновано
Відбиття	-	-	-	-	Х	-
Хімічна
рН	Х	Х	Х	-	Х	Х
Електропровідність (EC)	-	Х	Х	-	Х	Х
Ємність катіонного обміну	-	-	-	-		-
Органічні речовини	Х	Х	Х	-	Х	Х
Органічний вуглець	-	Х	Х	-	Х	Х
Активоване вугілля	Х	Х	Х	-	Х	-
Вода, що видобувається органічна C+N (WEOC, WEON)	-	-	-	Х, Х	-	-
Загальний азот	-	-	-		Х	-
Нітрат-азот	-	X * Вилуговування	Х	Х	-	запропоновано
Амоній-N	-	-	-	Х	-	запропоновано
Видобувна P, K	Х, Х	-	-	Х, Х	Х, Х	-
Видобувається Ca, Mg	Х, Х	-	-	Х,?	Х, Х	-
Видобувна Mn, Zn	Х, Х	-	-	-	Х, Х	-
Видобувна Na	-	-	-	-	Х	-
Видобувна Fe, Cu	Х,?	-	-	Х*Х3А	Х, Х	-
Солоність і содість	Х	-	-	-	Х	-
Грунтоутворюючі фактори
Навколишнє середовище та генетичні процеси ґрунтоутворення	-	-	-	-	Х	Х
Ухил (вид, положення, ухил)	-	-	Х	-	Х	Х
Умови поверхні (в т.ч. управління ґрунтом)	-	-	Х	-	Х	Х
Землекористування (в т.ч. тип культури)	-	-	Х	-	Х	Х
Довідка	Ідоу та ін. (2009)	Ендрюс та співавт. (2004)	Саррантоніо та ін. (1996)	Хейні та співавт. (2010)	Норріс та співавт. (2020)	Фокс та співавт. (2014)

Інтегровані оцінки тестів на здоров'я ґрунту

Щоб бути корисними, показники здоров'я ґрунту повинні бути чітко інтерпретовані та ідеально виражені щодо референтних значень. Орієнтовні значення ознак ґрунту можуть бути отримані з непорушеного ґрунту (на який не впливає антропогенна активність - яку може бути важко знайти або іншим чином не відображати оптимальне функціонування ґрунту) або ґрунту з чудовою первинною продуктивністю та екологічними показниками. В якості основи для оцінки стану ґрунту показники стану ґрунту на будь-якій ділянці можна порівняти або з еталонним ґрунтом, або зі статистичною частотою розподілу даного показника (рис. 15.6) з діапазону зразків у порівнянних землекористуваннях або регіонах.

Багатогранний підхід до оцінки ґрунту передбачає встановлення стандартних нелінійних скорингових функцій, які мають три загальні форми (рис. 15.6) і представляють показники, де: (i) більше, тим краще (наприклад, органічна речовина ґрунту), (ii) оптимальна (наприклад, поживні речовини, рН), і (iii) менше, тим краще (наприклад, солоність). Форма кривої для кожного показника ґрунту визначається експертним висновком та/або літературою. Кожне значення атрибута ґрунту перетворюється на відносну оцінку залежно від того, де вона потрапляє на криву підрахунку - як це випливає з частоти розподілу для певного регіону або землекористування. Таким чином, коли криві оцінки базуються на регіональних наборах даних - наприклад, Комплексна оцінка здоров'я ґрунту Корнельського університету (CASH), отримані бали (від 0 до 100) вказують на ранг щодо цього конкретного регіону. При інтеграції балів багатьох атрибутів грунту всі бали усереднюються. Чим вище бал, тим краще здоров'я грунту.

Малюнок 15.6. Сценарії кривої оцінки здоров'я ґрунту: більше, тим краще (ліворуч), оптимальний найкращий (середній), менше - краще (праворуч) © Адаптовано з Moebius-Clune et al. 2016 адаптовано Афіною Ву ліцензується за ліцензією CC BY (Attribution).

Чи можете ви копати його!

Грунт ваші труси

Що ж, це привертає вашу увагу. Грунт ваші труси, розпочаті Асоціацією інноваційних фермерів Онтаріо в 2017 році, щоб заохотити людей дізнатися більше про свій ґрунт (http://www.omafra.gov.on.ca/english/premier_award/2017/events/h/ifao.htm). Зариваючи бавовняну білизну в грунт на термін до 2 місяців, можна побачити, наскільки біологічно активна ваша грунт. Ось як це працює. Бавовна на рослинній основі і, отже, на основі вуглецю. Грунтова фауна і мікроби харчуються вуглецем, тому чим більше погіршується ваша білизна, тим активніше ваша грунт. Співпрацюючи з Міністерством сільського господарства, продовольства та сільських справ Онтаріо (OMAFRA) Спеціаліст з управління ґрунтом Енн Вергаллен, грунтовий мікробіолог д-р Лорі Філліпс (нижній правий) кількісно оцінив мікробне різноманіття, пов'язане з похованою нижньою білизною. Вона витягала ДНК з грунту, грунту, прикріпленого до похованих трусів, «унді-сфери», і з похованих трусів. Вона використовувала комбінацію секвенування та кількісної ПЛР для вивчення життя мікробів у цих ґрунтах. На малюнку нижче показані два ґрунти з однієї ферми на південному заході Онтаріо з аналогічним управлінням (консервація обробітку ґрунту, 3-сівозміна та покривні культури). Нижня білизна швидше розкладалася в біологічно різноманітних ґрунтах, які мали до 15% більше таксонів, ніж ґрунти, де нижня білизна залишалася «зручною для носіння». Ці ґрунти також мали більшу кількість грибів, які спеціалізуються на руйнуванні вуглецевих сполук (сапротрофи), а також велику кількість бактерій, які звільняють азот, який вимагає ці гриби. Наприклад, вона зауважила, що розкладачі вуглецю (наприклад, сапротрофні гриби Mortierella) та бактеріальні нітрифікатори (такі як Nitrosomonas spp.) були вдвічі більше в грунтах, де багаті вуглецем труси повністю розкладалися за 2 місяці (панель А) порівняно з тим, де розкладання було неповним (панель B).

© Лорі Філліпс, AAFC ліцензується на умовах ліцензії CC BY (Зазначення авторства).

Досить витончено те, що ваша нижня білизна може сказати вам. Щоб спробувати, див. вправу в кінці цього розділу.

УПРАВЛІННЯ ЗДОРОВ'ЯМ ҐРУНТУ

Ми знаємо, що діяльність людини впливає на ґрунт; мета полягає в тому, щоб мінімізувати загрози здоров'ю ґрунтів, які призводять до деградації ґрунтів (або поганого здоров'я ґрунту). Основні загрози деградації для здоров'я ґрунтів включають: ерозію, ущільнення, зниження органічної речовини ґрунту, виснаження або надлишок поживних речовин, втрату біорізноманіття, засолення, опустелювання та забруднення або забруднення (рис. 15.1) - багато з яких обговорювалися в попередніх розділах. У цьому розділі ми зосереджуємось на практиках землеустрою, які посилюють або покращують ці ґрунтові проблеми. Практики, які підтримують або покращують здоров'я ґрунту, будуть (i) захищати ґрунт від загроз, (ii) підтримувати диверсифікацію або «багаторічні» системи врожаю та/або (iii) створювати вуглець ґрунту (Таблиця 15.3). Тут ми впроваджуємо шість практик, які землеуправителі можуть використовувати для зміцнення здоров'я ґрунтів і тим самим захисту від деградації ґрунтів (рис. 15.7). Цілеспрямовано ці шість практик починаються з літери С, щоб підкреслити роль вуглецю в здоров'ї ґрунту. Пояснення того, що таке кожна практика і як вона покращує здоров'я ґрунту, наведено в розділах нижче. Ці практики 6C можуть бути реалізовані в полі, саду, дворі або на будь-якому керованому грунті - або можуть бути об'єднані разом, для позитивного впливу на здоров'я ґрунту (рис. 15.8). Коли ви дізнаєтеся про кожного, дуже важливо знати, що ці практики в поєднанні або частковому поєднанні взаємодіють, щоб впливати на аспекти здоров'я ґрунту різними способами.

Малюнок 15.7. Схема 6C практики управління здоров'ям ґрунту, що пояснює, як вони покращують здоров'я ґрунту (синім кольором зліва) та за допомогою якого механізму (зеленим праворуч). © Kate Congreves (Університет Саскачевану), Лора Ван Ерд (Univ. of Guelph) ліцензується за ліцензією CC BY (Attribution).

Таблиця 15.3. Практика та принципи управління 6С, які можуть бути використані для досягнення здоров'я ґрунту

Практики управління 6C			Принцип здоров'я ґрунту
	Захист		Різноманітність + Переніалізація	Будівництво вуглецю
	Максимізуйте ґрунтовий покрив	Мінімізуйте порушення ґрунту		Входи вуглецю + приріст	Мінімізація вуглецю + втрат грунту
Зменшення ущільнення		***		*	*
Консервація обробітку грунту	**	***		*	**
Безперервні живі рослини	**	**	***	**	**
Покривні культури	***		**	*	**
Рослинництво +різноманітність тварин			***	*	*
Компости і поправки	*			***	*
***основна мета і вигода; **очікувана вигода; *ймовірна вигода

Малюнок 15.8. Позитивний зв'язок між прийняттям практики управління 6С та здоров'ям ґрунту. Зверніть увагу, як більше сталих методів управління ґрунтом використовуються показники здоров'я ґрунту покращуються. Здоров'я ґрунту вимірювалося як комерційно доступний лабільний аміноазот Solvita (SLAN) на поверхневому ґрунті, зібраному після 36 років управління в Елорі, Онтаріо. © Laura Van Eerd ліцензується за ліцензією CC BY (Attribution).

Стратегії 6C

6C-1: Зменшення ущільнення

Що таке ущільнення грунту? Як обговорювалося в розділі 4, структура ґрунту та пористість є критичними компонентами ґрунту. Ущільнення відбувається, коли застосовується сила, яка притискає частинки ґрунту разом, викликаючи руйнування ґрунтових пор (тобто пори зменшуються в розмірі та кількості), а насипна щільність збільшується. Оскільки пори зменшуються, обсяг води та повітря зменшується, як і простір, доступний для росту коренів. Ущільнення ґрунту обмежує глибину вкорінення рослин та ускладнює умови життя рослин та мікробів у ґрунті. Ущільнення ґрунту може відбуватися на поверхні ґрунту, на глибині обробки ґрунту (зазвичай 20 см) або навіть глибше в ґрунті залежно від типу обладнання або методів управління. Як ми розповімо нижче, зменшення ущільнення ґрунту є важливим, але складним кроком у покращенні здоров'я ґрунту.

Чому зменшення ущільнення ґрунту важливо для здоров'я ґрунту? Як ви пам'ятаєте з глави 6 про біорізноманіття ґрунтів, все життя ґрунту відбувається в грунтових порах. Вода і гази, від яких залежать рослини і ґрунтові мікроорганізми, рухаються через пори грунту. Ущільнений грунт обмежує порожнечі і поровий простір, рух води і дифузію газів. Це може призвести до насичених ґрунтів, і якщо вода не може стікати, то можуть призвести до анаеробних умов. Всі ці умови обмежують ріст коренів і мікробів. Адекватний простір ґрунтових пор дуже важливий для здоров'я ґрунту, оскільки він підтримує життя.

Коріння рослин важче проштовхуються крізь ущільнений грунт, потрібно більше зусилля (рис. 15.9). Подумайте про шлях через зелений простір у вашому кампусі, де студенти ходять щодня (рис. 15.10). Коли грунт вологий, сила ваших кроків (і тисяч інших) стискає грунт і викликає ущільнення. Наступного разу, коли ви пройдете повз, погляньте на зовнішній вигляд ґрунту та рослин на шляху та порівняйте умови за кілька футів від шляху. Можливо, трава перестала рости на доріжці і присутні тільки «бур'яні» рослини, які пристосувалися до вирощування в умовах ущільненого грунту. Наступне питання - що зроблять садівники кампусу, щоб вирішити цю проблему зі здоров'ям ґрунту?

Малюнок 15.9. (A) Коріння кукурудзи обмежено рости поза ущільненим шаром (вказаним стрілкою), запобігаючи доступу коренів до води та поживних речовин глибше в профіль ґрунту. (B) Коріння кукурудзи (пофарбовані в помаранчевий колір) здатні рости через шар ущільнення грунту, оскільки глибокий обробіток ґрунту зубильним плугом створив тріщину через шар ущільнення (вказаний стрілкою), що дозволяє коріння рости глибше в профіль ґрунту. © Івонн Лоулі, Університет Манітоби має ліцензію за ліцензією CC BY (Атрибуція).

Малюнок 15.10. (A) Ущільнення ґрунту від студентів, що йдуть через зелений простір на території кампусу. (B) Грунт на ущільненій доріжці мав погану масивну структуру, де мало рослин могло рости. (C) Грунт за кілька футів від шляху мав ґрунтові агрегати, зернисту структуру та коріння від здорових трав'яних рослин, що ростуть. © Івонн Лоулі, Університет Манітоби, ліцензується за ліцензією CC BY (Attribution).

Як зменшити і полегшити ущільнення грунту?

Більшість скаже, що уникнення ущільнення грунту в першу чергу є найкращим рішенням. Це означає уникнення руху на полах або на зелених насадженнях вашого кампусу, коли ґрунти вологі. Після того, як відбувається ущільнення грунту, потрібно щось трапитися, щоб відновити пори (порожнечі), які були втрачені. У багатьох районах Канади заморожування та відтавання діють для розпушування ґрунту та полегшення ущільнення ґрунту. Там, де цього не відбувається або якщо ущільнення грунту відбувається глибше в грунті, то для руйнування або розбивання ущільнених шарів грунту часто використовують «глибокий розпушувач» ґрунтообробний інструмент, такий як зубильний плуг (рис. 15.9Б, 15.11А). Глибокий обробіток грунту, званий глибоким грунтом, зубильним плугом коштує дорого, оскільки вимагає багато палива і часу. Обробіток ґрунту також повинен відбуватися в той час року, коли грунт досить сухий, щоб зламати і розбити плуг (шар ущільнення), а не розмазати і створювати новий більш глибокий шар ущільнення грунту, якщо ґрунти занадто вологі. Якщо методи управління, які спричинили ущільнення ґрунту, в першу чергу, не змінюються після заглиблення грунту, то дії щодо полегшення ущільнення, швидше за все, знадобляться знову через кілька років.

Альтернативним підходом до полегшення ущільнення грунту є використання коренів рослин для створення каналів (біопор) через шари ущільнення грунту (рис. 15.11Б). Це називається біобурінням або біологічним обробітком грунту (Крессвелл і Кіркегор, 1995; Chen and Weil, 2010). Після того, як рослини загинуть і розкладаються, якщо ці біопори не порушені через обробіток грунту, рослини, які ростуть на наступний рік, будуть рости через них, щоб досягти грунту під шаром ущільнення (рис. 15.12).

Малюнок 15.11. (А) Зубильний плуг - це ґрунтообробний інструмент, який використовується для прориву ущільнених шарів ґрунту та управління рослинними залишками. (B) Покривні культури, такі як корм/редис діакон, використовуються для біобуріння для створення кореневих каналів через ущільнені шари ґрунту. Зверніть увагу на ущільненому шарі, як коріння ростуть горизонтально на шляху найменшого опору © Івонн Лоулі, Університет Манітоби, ліцензується за ліцензією CC BY (Attribution).

Малюнок 15.12. (A) Вирощуючи покривні культури, коли є достатня вологість ґрунту, коріння можуть просвердлювати канали через шари ущільнення ґрунту, які використовуються корінням наступних культур для доступу до ґрунту нижче. (B) У системі з культурою біобуріння коріння обмежені ущільненим шаром © Малюнок, створений Афіною Ву (концептуалізований Івонн Лоулі та Кейт Конгревс) ліцензується за ліцензією CC BY (Attribution).

Можливо, ви задаєте собі питання, якщо ущільнення ґрунту погано впливає на ріст коренів, то чому ми можемо використовувати коріння рослин для вирішення цієї проблеми? Є три ключові фактори, які роблять можливим біобуривание. По-перше, коріння рослин повинні рости в пору року, коли ґрунти вологі, і коріння рослин легше проштовхувати через піддон для обробки грунту. Якщо ви коли-небудь намагалися проштовхнути палицю в грунт, ви б знали, що потрібна більша сила, коли грунт сухий, порівняно з тим, коли ґрунт вологий. По-друге, не всі коріння рослин мають однакову здатність проштовхуватися через ущільнені шари (Chen and Weil, 2010). Деякі рослини мають більший тиск коренів, ніж інші, щоб проштовхнути через корінні обмежувальні шари. Наприклад, рослини, що вкорінюються, такі як кормова редька (Фото 11.11B), які зазвичай використовуються як покривні культури, мали приблизно вдвічі більше коренів, ніж волокнисті зернові житні покривні культури на глибині 15-50 см в умовах ущільненого ґрунту (Chen and Weil, 2010). По-третє, залиште ці макропори недоторканими, уникаючи обробітку грунту, щоб з часом накопичувати все більше кореневих каналів.

Чому важко зменшити ущільнення грунту? Подумайте про вашу прогулянку по цій зеленій зоні в кампусі. Ви повинні ходити на бічній прогулянці, особливо коли грунт вологий після дощу, але ви робите короткий зріз, тому що ви запізнилися, і вам потрібно потрапити на заняття. А може, це просто звичка, і ви навіть не думаєте про це. Те ж саме з фермерами або садівниками або землевласниками. Іноді ґрунтові умови можуть бути занадто вологими, коли в полі потрібно зробити щось важливе. Збільшення розміру ферми відіграє певну роль, оскільки наявність більшої кількості землі для покриття часто означає, що для своєчасного завершення польових операцій, такі польові заходи, як посів, обприскування або збирання врожаю, можуть відбуватися, коли умови занадто вологі. Оскільки вага сільськогосподарського обладнання зростає протягом останніх десятиліть, так і сила, що чиниться на ґрунті. Моніторинг навантажень на вісь та накачування шин на польовому обладнанні, а також уникнення польових робіт, коли ґрунти вологі, можуть допомогти уникнути ущільнення ґрунту.

Профіль фермера

Адам Гурр (Брендон, Манітоба) © Адам Гурр ліцензується за ліцензією CC BY-NC-ND.

Кероване господарство трафіку - це новий підхід до вирішення проблеми ущільнення ґрунту. Обмеження контрольованого руху сільського господарства, коли все польове обладнання приводиться в рух і навмисно концентрує ущільнення ґрунту на постійних трамвайних лініях (подумайте про дороги, але без гравію або тротуару). Це виключає ущільнення, оскільки в іншій частині поля немає руху коліс. Адам Гурр, який займається фермами поблизу Брендона, Манітоба, був стурбований впливом ущільнення ґрунту на здоров'я ґрунту та продуктивність рослин на його фермі. Тепер Адам використовує кероване землеробство з глобальною системою позиціонування (GPS), щоб спрямувати все своє сільськогосподарське обладнання для подорожей на постійних трамвайних лініях у своїх полах.

Адам вирішив прийняти кероване землеробство, оскільки це зменшило ущільнення ґрунту, зменшило споживання палива та збільшило його здатність до доступу до полів (особливо у вологі роки). Він виміряв позитивний вплив на здоров'я ґрунту, включаючи більш швидке проникнення води, меншу насипну щільність та більшу врожайність сільськогосподарських культур на своїй фермі.

Порівняння моделей польового трафіку для випадкового трафіку та систем керованого ведення трафіку © Athena Wu ліцензується за ліцензією CC BY (Attribution).

(A) Посівна та (B) збиральна техніка подорожує тими ж трамвайними коліями на фермі Адама Гурра поблизу Брендона, Манітоба, де він практикує контрольоване землеробство для поліпшення здоров'я ґрунту за рахунок зменшення ущільнення. © Адам Гурр має ліцензію CC BY (Attribution) ліцензія.

Перехід на керований трафік сільське господарство може працювати не для кожної ситуації або фермера. Більшість фермерів, які приймають його, вже практикують зменшене або не до сільського господарства. Також може знадобитися кілька років, щоб придбати або адаптувати всю вашу польову техніку (трактори, обприскувачі, комбайни, зерновози), щоб мати однакову ширину колеса та мати можливість вишикуватися на трамвайних лініях.

6C—2: Збереження обробітку грунту

Обробіток грунту - це механічне перемішування грунту в різному ступені. Він в основному використовується для підготовки хорошого посівного ложа (рис. 15.13) перед посівом або пересадкою, але також служить іншим цілям, таким як: боротьба з бур'янами, руйнування ущільнення грунту або скоринки, сприяння швидшому розкладанню рослинних залишків або органічних поправок, а також для включення внесення поправок і грунтових пестицидів в грунт. Обробіток ґрунту може збільшити аерацію ґрунту, зменшити вологість ґрунту та сприяти швидшому потеплінню навесні, що призводить до більш раннього або рівномірного проростання рослин. Обробіток ґрунту також стимулює мікробну активність ґрунту, включаючи розщеплення органічної речовини ґрунту, важливої для підтримки структури ґрунту.

Малюнок 15.13. Порівняйте ці два поля, які були підготовлені до посадки. (A) Томас Деваврін, спостерігаючи за своїм ґрунтом після обробки гряди в кінці квітня на своїй органічній зернофермі, розташованій в Ле-Седр, Квебек. (B) Посів у залишки пшениці на полі без доведення. © Метью Деваврін; Івонн Лоулі, Університет Манітоби, ліцензується за ліцензією CC BY (Attribution).

Спосіб і терміни обробки ґрунту залежатимуть від типу ґрунту, системи обрізки та цілей садівника. Хоча обробіток ґрунту часто використовується для вирішення проблем (таких, як описано в розділі ущільнення), він також може створити проблеми для здоров'я ґрунту та продуктивності рослин. Вносячи рослинні залишки глибше в ґрунт, обробіток ґрунту «знімає» захист ґрунту, який в іншому випадку захищав би ґрунт від водної або вітрової ерозії, тим самим залишаючи ґрунт вразливим до втрат. Обробіток ґрунту також порушує ґрунтові агрегати та мережі арбускулярних мікоризних грибів, обидва з яких важливі для підтримки структури ґрунту в довгостроковій перспективі. Обробіток ґрунту, коли ґрунтові умови не ідеальні (занадто вологі або занадто сухі), може призвести до ущільнення, що призводить до негативного впливу на ріст рослин та здоров'я ґрунту. Щоб зменшити ці проблеми, фермери все частіше зменшують кількість та інтенсивність ґрунтообробних робіт та застосовують природоохоронні методи обробки ґрунту для збереження ґрунту та води переважно шляхом утримання щонайменше 30% поверхні ґрунту, покритої рослинами або рослинними залишками (рис. 15.14). Окрім механізму покращення стану ґрунту, ми окреслимо безліч методів обробки ґрунту та причини відмінностей регіональної та сільськогосподарської системи.

Види консерваційного обробітку ґрунту: Консерваційна обробка ґрунту є парасольковим терміном для багатьох різних форм обробітку ґрунту, які знижують частоту або інтенсивність руйнування ґрунту, щодо звичайного обробітку ґрунту або оранки (рис. 15.15). За рахунок зменшення кількості проходів над полем можна зменшити частоту обробітку ґрунту; за рахунок зменшення глибини обробітку грунту можна зменшити інтенсивність обробки грунту. Звичайний обробіток ґрунту або оранка зазвичай інвертує ґрунт приблизно на 20 см глибини. Для отримання додаткової інформації про різні методи обробки ґрунту, будь ласка, перегляньте глосарій та ресурси в кінці цього розділу.

Малюнок 15.14. Грунтообробні знаряддя починаючи від повної інверсійної обробки ґрунту (А) до різних консерваційних обробок ґрунту (B —E) до no-till (F-G). Зверніть увагу на умови ґрунту та кількість залишків, що залишилися на поверхні грунту. Метою консерваційного обробітку ґрунту є не менше 30% покриття. (А) Оранка. (Б) Культиватор. (C) Збереження ґрунтообробного обладнання з (справа наліво; напрямок руху) дисками/сошниками, пальцями зубцями та роликовим пакувальником з (C1) отриманою поверхнею ґрунту, що показує залишки пшениці. (D) Стрічковий ґрунтообробний інструмент призначений для створення зон обробітку ґрунту, де будуть висаджуватися ряди культур та вносити добрива, (D1) отримані ґрунтові умови після зачистки. (E) Дискування кукурудзяних залишків. Зверніть увагу на мінімальне порушення ґрунту (F) сівалка No-till, що показує сошники, щоб відсунути залишки від ряду. (G) роликовий обтискний інструмент для припинення зернових жита без обробітку грунту. Фото кредити: © «(A, B, E, F) — Івонн Лоулі; (C, C1, D, D1) — Лора Ван Еерд; (G) — Каролін Халде (Université Laval)» ліцензується за ліцензією CC BY (Зазначення авторства).

Малюнок 15.15. Частота і інтенсивність порушення ґрунту при звичайному або консерваційному обробітку ґрунту. Зверніть увагу, що no-till - це вид консерваційного обробітку ґрунту. Може бути різний ступінь порушення від високого (HD) до низького (LD). © Адаптований з Reicosky 2015 адаптований Джулі Форест-Дролет ліцензується за ліцензією CC BY (Attribution).

Контекст питання: У Канаді впровадження природоохоронних практик обробки ґрунту сильно залежить від регіону і залежить від клімату, типів ґрунтів, сівозміни та системи посівів. Наприклад, no-till широко застосовується виробниками в більш сухих регіонах (тобто західній Канаді), оскільки вода є обмежуючим ресурсом для росту врожаю, а виробники використовують консерваційний обробіток ґрунту як засіб для збереження ґрунтової вологи для росту рослин. Але у вологих регіонах, таких як Британська Колумбія та східна Канада, вода, як правило, надлишок навесні, тому багато виробників використовують обробіток ґрунту, головним чином восени, щоб прискорити сушіння грунту, щоб вони могли швидше садити. Отже, впровадження природоохоронних практик обробітку ґрунту у східній Канаді порівняно нижче, ніж у західних аналогів (Статистичне управління Канади, 2016 табл. 32). Сказавши це, фермери у вологому кліматі використовують консерваційний обробіток грунту. З часом здоров'я ґрунту покращилося з no-till, найбільш помітно зменшується скоринка та більша швидкість інфільтрації, що дозволяє ґрунтам пересихати, завдяки чому посадка не затримується.

Причини регіональних відмінностей відображають не тільки відмінності в кліматі, але і відмінності видів культур, які переважно вирощуються. Наприклад, дрібні зернові та олійні культури, вироблені в західній Канаді, не залишають стільки рослинних залишків на поверхні ґрунту після збору врожаю, ніж зернова кукурудза, яка вирощується на сході Канади. Таким чином, управління великою кількістю пожнивних залишків за допомогою обробки ґрунту стає важливою частиною підготовки посівного ложа.

Деякі системи обрізки краще підходять для консерваційного обробітку ґрунту, ніж інші. Наприклад, консерваційний обробіток ґрунту добре підходить для зернових та олійних сівозмін, де бур'яни можуть піддаватися хімічному контролю. Так само в системах органічного землеробства або системах, де обмежені можливості хімічного контролю бур'янів (наприклад, спеціальні або овочеві культури), бур'яни управляються механічно за допомогою обробки ґрунту. Практика обробітку ґрунту все ще поширена в системах овочевих культур, де дрібнонасіннєві культури потребують тонкого посівного ложа та хорошого контакту з ґрунтом для проростання, або де обладнання для пересадки потребує глибокого закладення саджанця в ґрунт. У цих вищезазначених системах обробіток ґрунту також використовується для включення пожнивних залишків для пом'якшення тиску комах та хвороб. Ці фактори, а також час і вартість перетворення на консерваційний обробіток грунту будуть перед розумом при прийнятті рішення про зміну практики.

Як консерваційний обробіток ґрунту покращує здоров'я ґрунту? Консерваційна обробка грунту підтримує рослинні залишки на поверхні грунту, забезпечуючи захист (табл. 15.3; рис. 15.7). Шар рослинних залишків, органічного матеріалу або рослин на поверхні ґрунту покращує інфільтрацію води за рахунок уповільнення поверхневого стоку та швидкості вітру, а також утримує вологу за рахунок зменшення випаровування ґрунтових вод та засолення в посушливих умовах (див. Розділ безперервної живої рослини). Пожнивні залишки, що залишаються на поверхні ґрунту, забезпечують джерело живлення (вуглець) та середовище існування для макрофауни та мікроорганізмів, що є корисним під час розкладання рослинних залишків, оскільки біологічна активність сприяє формуванню ґрунтових агрегатів — запоруки структури ґрунту. Зменшення порушень ґрунту також зменшує розпад органічних речовин, які вже присутні в ґрунті, і допомагає підтримувати структуру ґрунту та сукупну стабільність. Впровадження природоохоронних методів обробітку ґрунту може покращити здоров'я ґрунту за допомогою цілого ряду механізмів, таких як вплив на циклічність води, структуру ґрунту, органічну речовину та циклічність поживних речовин, забезпечення середовища існування та біологічне регулювання населення (це все функції ґрунту; див. Рисунок 15.2, виділені функції в синьому кольорі). Оскільки консерваційний обробіток ґрунту впливає на багато функцій ґрунту, не дивно, що консервація ґрунту покращує здоров'я ґрунту - і що дослідження, як правило, виявили вищі показники здоров'я ґрунту при обробітку ґрунту без обробки, ніж плуг (рис. 15.16)

Малюнок 15.16. Більш низькі показники здоров'я ґрунту при осінньому обробітку ґрунту в порівнянні з системами без обробки грунту. Середні бали (SE) за чотири довгострокові випробування в Онтаріо. © Адаптовано з Congreves et al. (2015) Laura Van Eerd, Univ. of Guelph. ліцензується на умовах ліцензії CC BY (Attribution).

Загальновизнано, що консерваційний обробіток ґрунту мінімізує ерозію, що мінімізує втрати вуглецю в ґрунті. Неважко уявити, що якби тривалі дослідницькі випробування проводилися на похилій землі, що піддаються ерозії, то великі відмінності спостерігалися б у здоров'ї ґрунту, органічному вуглеці та первинній продуктивності між консерваційною обробкою ґрунту та обробкою ґрунту. Враховуючи зазначені вище регіональні кліматичні, ґрунтові та виробничі відмінності, слід очікувати, що регіональні відмінності, пов'язані з впливом no-till на накопичення органічного вуглецю в ґрунті та здоров'я ґрунту. Неможливо відокремити, якщо цей ефект обумовлений кліматом або просто через різні сівозміни, що застосовуються в різних регіонах, що призводить до різної кількості вуглецю. Незважаючи на це, показники та оцінки стану поверхневого ґрунту вказують на значення прийняття природоохоронних практик обробітку ґрунту.

Глибина відбору проб є важливим фактором при порівнянні систем обробки грунту. Багато тестів на здоров'я ґрунту вимагають відбору проб лише на глибину 0-15 см, але оранка змішує ґрунт до 20 см, і деякі методи обробки ґрунту, такі як глибокозаглиблення, змішують ґрунт на глибину 40 см або 60 см. Вплив обробітку ґрунту на показники стану ґрунту буде залежати від рівня змішування ґрунту, принесеного конкретною практикою обробітку ґрунту. Тим не менш, у випадках, коли консервація та традиційні методи обробки ґрунту мають порівнянний рівень вуглецю ґрунту у всьому профілі, саме поверхневі рівні органічного вуглецю при консерваційному обробітку ґрунту допомагають підтримувати багато функцій ґрунту. Причому коріння рослин в основному займають поверхневий грунт, де осідають ексудати та інші вуглецеві сполуки. Отже, питання: чи завищені вищі показники здоров'я ґрунту, які часто спостерігаються при консерваційному обробітку ґрунту проти звичайного обробітку ґрунту, коли відбір проб ґрунту фокусується лише на поверхневих шарах ґрунту? Відповідь досі обговорюється в науковій літературі.

На відміну від інших стратегій управління здоров'ям ґрунту 6C, існує більша невизначеність щодо величини впливу no-till на органічний вуглець (Ogle et al., 2019) та здоров'я ґрунту. Деяка невизначеність пов'язана з відмінностями в управлінні між дослідницькими випробуваннями. Як було зазначено раніше, управління залишками може бути складним завданням в системах no-till, що часто знижує стенди рослин і первинну продуктивність. З меншою первинною продуктивністю, так само є і входи вуглецю в грунт. З часом дослідники та фермери значною мірою подолали проблеми управління залишками, щоб створити хороше посівне ложе шляхом модифікації сівального обладнання (Фото 15.14F). Зрештою, переваги, які надає консерваційний обробіток ґрунту екосистемним послугам ґрунту (включаючи продуктивність рослин), зумовлюють рішення щодо прийняття цієї практики.

Проблеми консерваційного обробітку ґрунту: Перехід від звичайного до консерваційного обробітку ґрунту вимагає придбання або модифікації сільськогосподарського обладнання для управління рослинними залишками. Перехід також вимагає періоду навчання шляхом проб і помилок. Більш того, відбувається перехід і для ґрунтового життя, де міняються популяції мікробів. Очевидним прикладом є перехід від однорічних до багаторічних бур'янів, коли обробіток грунту припиняється. Практики no-till часто посилаються на дві фази: «перехідний період» та «зрілий» no-till. Управління та виклики є найбільшими в перехідний період. Найбільший приріст здоров'я ґрунту спостерігається у зрілій фазі, але для цього потрібен час та інвестиції.

Як випливає з розділу «Контекстні питання» вище, проблеми з прийняттям природоохоронної практики обробітку ґрунту також будуть відрізнятися залежно від типів ґрунтів та систем управління. Перехідний період переходу на системи no-till особливо складний для погано дренованих глинистих текстурованих ґрунтів. Ще однією проблемою в системах no-till є підкислення поверхні ґрунту, спричинене застосуванням добрив на основі амонію та стратифікацією поживних речовин, таких як P та K, що призводить до більшої концентрації на поверхні ґрунту. Прийняття no-till в системах органічного землеробства все ще залишається проблемою по всій Канаді (Halde et al., 2015, 2017).

Консерваційний обробіток ґрунту часто описується як система, а не її окремі практики або обладнання. Будь-яка зміна обробітку ґрунту впливає на багато інших аспектів системи посіву, які також потребують адаптації (наприклад, вибір сорту, внесення мінеральних добрив, боротьба з бур'янами). Зауважте, що ця концепція також застосовується до прийняття інших стратегій 6C управління здоров'ям ґрунту. Окрім підготовки та відданості, будь-яка зміна операції вимагає оцінки всієї системи, щоб бути успішною.

6C—3: Безперервні живі рослини

У природі грунт зазвичай зберігається вкритою живими рослинами і рослинними залишками. Подумайте про ліс з його деревами, підлісними видами та ковдрою листової підстилки або подумайте про рідні пасовища прерій з його великими кореневими системами. Грунти в цих екосистемах мають суцільний покрив переважно багаторічних рослин і шар рослинної підстилки, який залишається на поверхні грунту. Безперервні живі рослини захищають ґрунт від порушень, при цьому щільно циклюючи поживні речовини та воду та забезпечують постійний запас органічних надходжень від коренів та засмічення для створення органічної речовини ґрунту (табл. 15.3).

На відміну від сільськогосподарських систем, де зазвичай вирощуються однорічні рослини, існують періоди протягом року ранньою весною та пізньою осінню, коли живі рослини не ростуть. Більше того, деякі сільськогосподарські угіддя, в основному в преріях, навмисно залишають як перепади для збереження ґрунтової вологи для подальших зернових культур. Однак ще на початку 20 століття ґрунтознавці могли виміряти негативний вплив частих перепадів на рівень органічної речовини ґрунту в прерійних сівозмін (Janzen, 2001). Занепокоєння та попередження цих ранніх вчених пов'язані з нашою сучасною турботою та інтересом до здоров'я ґрунту. Відсутність живих рослин і їх кореневих систем означає, що грунти більш схильні до ерозії. У той же час немає рослин, які беруть поживні речовини або вносять органічну речовину, що ставить під загрозу здоров'я ґрунту. Безперервні живі рослини, в першу чергу за рахунок багаторічних систем обрізки, є єдиною стратегією управління здоров'ям ґрунту 6C, яка сприяє всім трьом принципам здоров'я ґрунту (Таблиця 15.3) захищають ґрунт, різноманітність + багаторіччя та будівництво вуглецю. Ми опишемо, як збереження безперервних живих рослин підтримує здоров'я ґрунту та які методи управління можуть бути використані для кращої приблизної багаторічної багаторічної системи врожаю. Ця стратегія охорони здоров'я ґрунту закладає основу для інших 6С, зосереджених навколо рослин (Покривні культури та різноманітність тварин Crop +).

Корінь розчину: Здорові ґрунти підтримують ріст рослин та здорові коріння рослин. Цю концепцію також можна перевернути. Коріння рослин підтримують розвиток ґрунту та здоров'я ґрунту (King et al., 2020). Збільшення тривалості, кількості та типу коренів рослин у ґрунті за рахунок наявності безперервних живих рослин є важливим інгредієнтом для побудови більш здорового ґрунту. Живі коріння з'єднують ґрунт та ґрунтову екосистему з інфраструктурою рослини, яка збирає сонячну енергію за допомогою фотосинтезу. Рослини виділяють приблизно 40% свого чистого фотосинтетичного вуглецю до коренів (Jones et al., 2009) - це велика кількість вуглецю, який може сприяти збільшенню вуглецю в ґрунті та здоров'я ґрунту. Взагалі, багаторічні культури забезпечують більше вуглецю, ніж однорічні культури, оскільки їх кореневі системи не тільки більші, але і набагато більш тривалий час рослина здатна фотосинтезувати і виділяти вуглець в грунт від розкладання надземних залишків, відмерлих коренів і ризовідкладень від живих кореневі системи. Вивільнений вуглець служить паливом для гетеротрофних мікробних спільнот ґрунту (нагадаємо главу 6). У свою чергу, ґрунтові мікробні спільноти можуть покращувати здоров'я та функціонувати ґрунту, циклюючи поживні речовини, створюючи органічну речовину ґрунту та закріплюючи ґрунтові агрегати для побудови структури ґрунту (див. Розділ 4). Чим довше урожай присутній у ґрунті, тим більше вуглецю він додає для створення органічної речовини в ґрунті та для забезпечення важливих мікробних процесів, що лежать в основі здоров'я ґрунту.

Коріння закріплюють рослину до ґрунту, в свою чергу стабілізуючи ґрунт і зменшуючи вплив вітрової та дощової ерозії. Багаторічні культури можуть перевершити щорічні врожайні культури в поліпшенні фізичних властивостей ґрунту, таких як сукупна стабільність (Arshad et al., 2004; King et al., 2019). Багаторічні коріння також можуть впливати на розподіл поживних речовин у ґрунті та допомогти пом'якшити втрати поживних речовин, оскільки коріння мають доступ до джерел поживних речовин на меншій глибині грунту. Наявність безперервних живих рослин призводить до поліпшення структури ґрунту та агрегації, що надається корінням, ризовідкладами та мікроорганізмами ризосфери. У свою чергу, ці поліпшення призводять до більшої гідравлічної провідності і, отже, більшої інфільтрації та дренажу, що важливо у вологих регіонах. У регіонах з обмеженими опадами безперервні живі рослини можуть покращити гідрологічні властивості ґрунту, такі як пористість ґрунту та вода, що зберігається на потужності поля (Basche and DeLonge, 2017). Збільшення тривалості часу, коли живі рослини ростуть і виділяють воду з глибокого ґрунтового профілю, може допомогти зменшити солоність (Глава 5). Грунтовий покрив і живі коріння, що ростуть в грунті, обмежує випаровування і зменшує рух солей вгору, що переносяться у воді до поверхні грунту. Таким чином, наявність безперервної живої рослини може позитивно вплинути на біологічні, хімічні та фізичні властивості, які підтримують здорові ґрунти, особливо коли коренева система присутня в ґрунті протягом тривалого часу.

Надземні рослинні компоненти, такі як листя та стебла, також відіграють важливу роль у поліпшенні здоров'я ґрунту. Маючи в ґрунті постійно живі рослини, надземні компоненти сприяють захисту поверхневого ґрунту, зменшуючи випаровування та стік ґрунту, мінімізуючи переміщення ґрунту під час сильних дощів, помірковуючи температуру ґрунту та забезпечуючи надходження вуглецю. Незалежно від того, чи користь постійно живих рослин обумовлена надземними або підземними частинами рослини, ключовим моментом є те, що чим довше рослинам дозволяється рости, тим більша користь. Отже, в сільськогосподарських системах, в яких переважає щорічне врожайність, які стратегії можуть використовувати фермери для збільшення тривалості живих рослин у своїх системах?

Стратегії збільшення безперервних живих рослин: Вирощування багаторічників - очевидний вибір для збільшення безперервних живих рослин. Багаторічні системи, такі як сади (рис. 15.17), пасовища та корми, різко збільшують тривалість та глибину живих коренів у сівозміні та їх вплив на здоров'я ґрунтів. Наприклад, на основі даних довгострокового дослідження сівозміни в Саскачевані, за прогнозами, змодельовані запаси органічного вуглецю будуть найвищими в диверсифікованій шестирічній сівозміні, яка включала три роки щорічних культур плюс три роки люцерни (багаторічна рослина) порівняно з системою низького різноманіття, яка включали лише однорічні культури або навіть диверсифіковану систему з тільки однорічними культурами (Lychuk et al., 2019). Загалом, багаторічні корми можуть покращити здоров'я ґрунту, впливаючи на численні властивості ґрунту. В Онтаріо показники здоров'я ґрунту були покращені завдяки наявності урожаю червоного конюшини, який продовжує тривалість живого рослинного покриву в щорічній системі обрізки (див. Розділ про покривні культури нижче), але покращення здоров'я ґрунту було ще більшим з люцерною (рис. 15.18).

Малюнок 15.17. Виробники Онтаріо обговорюють свої системи безперервних живих рослин. Зверніть увагу, що грунт повністю захищений в обох системах. (Ліворуч) Виробництво Haskap на агротуристичній фермі Емі Стром. Відзначимо високу різноманітність рослин. (Праворуч) Еллен Дженнен обговорює виробництво полуниці під високими тунелями, де вирощуються покривні культури, щоб мінімізувати шкідників сільськогосподарських культур та забезпечити середовище існування для хижаків комах © Laura Van Eerd, Univ. of Guelph ліцензується за ліцензією CC BY (Attribution).

Багаторічні культури, як правило, вирощуються як кормове або кормове насіння, що залежить від худоби для споживання та чітко пов'язує з іншими стратегіями 6C компосту + органічних поправок та різноманітності тварин Crop +. Багаторічні зерна (наприклад, пшениця) та олійні культури (наприклад, соняшник) все частіше розглядаються як варіанти збільшення живого покриву в системах посівів. Багаторічні зерна можуть вирощуватися в різному ступені, починаючи від постійного покриву і закінчуючи включенням в якості фази в щорічну сівозміну (Martens et al., 2015). У Канаді багаторічні зерна не вирощуються широко, перш за все тому, що сорти ще не розроблені для канадських умов вирощування (Cattani and Asselin, 2017). Поки селекційні програми не розроблять багаторічні зернові та олійні культури, придатні до канадських умов вирощування, багаторічні корми, ймовірно, залишатимуться домінуючим варіантом для включення багаторічних рослин у канадські системи посівів.

Рис.15.18. Більші показники здоров'я ґрунту при безперервному обрізанні та покритті культур. Здоров'я ґрунту вимірювали як комерційно доступний лабільний аміноазот Solvita (SLAN) на поверхневому ґрунті, зібраному після 36 років управління в Елорі, Онтаріо. На основі 4-річної послідовності A = люцерна, C = кукурудза, O = овес, B = ярий ячмінь, S = соя, rc = урожай червоної конюшини © Адаптовано з Chahal et al. (Представлено) адаптовано Лаурою Ван Еерд ліцензується за ліцензією CC BY (Зазначення авторства).

Є кілька варіантів включення концепції безперервних живих рослин у річні системи. У Канаді однорічні культури можуть мати живі коріння, які ростуть від 3 до 5 місяців року. Земельні менеджери мають кілька варіантів, щоб продовжити цю тривалість, а також збільшити кількість і тип живих рослин, що ростуть у ґрунті (рис. 15.19). Вирощування озимих однорічників, таких як озима пшениця або осіннє жито в сівозміні, дозволяє живим кореням рости восени і ранньою весною. Покривні культури, вирощені восени і ранньою весною - ще один варіант, їх переваги та обмеження більш детально викладені в наступному розділі. Збільшення різноманітності сільськогосподарських культур (описано в розділі Різноманітність сільськогосподарських культур та тварин) шляхом пересіву двох видів рослин разом за допомогою естафетного обрізки або пересічення також може збільшити тривалість та збільшити кількість та тип живих коренів у щорічних сівозмінках. Агролісомезія - це інтеграція деревних рослин, таких як дерева та чагарники, у сільськогосподарські системи, і є ще одним варіантом для багаторічної системи. Деревні рослини можуть вирощуватися як укритніпояси або в алейних обрізках, де однорічні культури вирощуються між рядами деревних рослин. Включення деревних рослин до сільськогосподарських систем може додати додаткових екосистемних послуг за рахунок збільшення різноманітності рослин, середовища проживання запилювачів та іншої фауни, зберігання вуглецю в ґрунті, придушення хвороб та шкідників сільськогосподарських культур, регулювання циклів води та поживних речовин.

Малюнок 15.б19. Схематична діаграма Ганта різних стратегій обрізки для збільшення живого рослинного покриву. Зверніть увагу, що зелені та коричневі лінії вказують на покриття ґрунту на відміну від голого ґрунту. © Athena Wu (концептуалізована Івонн Лоулі) ліцензується за ліцензією CC BY (Attribution).

6С—4: Покривні культури

Концепція обрізки обкладинки не нова. Використання покривних культур сходить до стародавніх цивілізацій, таких як Римська імперії та імперії майя, і, ймовірно, ще далі до зорі сільського господарства. Покривні культури - це рослини, вирощені для захисту ґрунту і тому служать альтернативній меті, ніж вирощування культури для її врожайного комерційного продукту (тобто зерна, фруктів, клітковини, палива). З цієї причини покривні культури іноді називають службовими культурами через їх роль у впливі на екосистемні послуги, такі як контроль ерозії, постачання поживних речовин, регулювання клімату, якість та постачання води та збереження біорізноманіття. Покривні культури діють як «урожай улову», захоплюючи поживні речовини, які в іншому випадку були б втрачені, якщо не зайняті основною культурою. З іншого боку, покривні культури можуть забезпечувати поживними речовинами наступну основну культуру, якщо їх використовувати як сидерати (подібно до компосту або гною худоби). Важливо зазначити, що різні покривні культури не впливають на кожну екосистемну послугу однаково. Наприклад, певні бобові, що перезимують, змінюють динаміку азоту, але є поганими конкурентами з бур'янами під час створення. Тому важливо відповідати покривним видам сільськогосподарських культур до бажаних товарів та послуг екосистеми. Тут ми будемо спиратися на концепцію здоров'я ґрунту, розроблену в розділі Безперервні живі рослини, впроваджуючи при цьому численні підходи та проблеми, пов'язані з обрізанням покривів.

Види покривних культур: Майже будь-яку рослину можна вирощувати як покривну культуру, але певні характеристики - такі як швидке сходження та зростання, а також відносно недорогі витрати на насіння - є більш бажаними. Покривні культури згруповані в п'ять загальних категорій на основі екологічної ніші, типу рослин та форми росту (табл. 15.4). Покривні культури бобових культур мають окрему категорію завдяки здатності фіксувати азот, тоді як інші покривні культури класифікуються на основі класифікації в теплий або холодний сезон, що значною мірою обумовлено їх здатністю пережити зиму. Чи доцільно вирощувати рослину в теплу чи прохолодну пору року, залежить від пори року та клімату. Для збільшення різноманітності покривні культури часто висаджують у вигляді сумішей, званих бі- або полікультурами. При виготовленні полікультури або «коктейлю з покривних культур» хорошим підходом є змішування з цих п'яти категорій (табл. 15.4; Малюнок 15.20).

Таблиця 15.4. Поширені види покривних культур з ключовими перевагами

Тип обкладинки	Приклад видів	Основні переваги
Бобові	Червона конюшина	Фіксація азоту
Трави теплого сезону (С4)	Сорго	Рясне споживання біомаси та вуглецю
Теплий сезон широколистяний	Соняшник	Додана різноманітність
Трави прохолодного сезону (C3)	Зернові житні	Швидке зростання і виживання зимує
Прохолодний сезон широколистяний	Редька	Швидке зростання та глибоке коріння для поглинання поживних речовин

Терміни мають значення: Окрім пори року, рішення про те, що посадити, залежить від бажаної екосистемної послуги та відповідності до системи землеустрою чи посіву. Покривні культури можна сіяти до або після основного врожаю або в період вегетації. Незалежно від того, коли засівається покривна культура, має бути достатньо часу для зростання. Загальним правилом є те, що покривні культури повинні накопичувати приблизно 1 Мг га ^-1 надземної сухої біомаси для надання екосистемних послуг, таких як ті, які вказані в таблиці 15.1. Мінімум шість тижнів потрібно для покривних культур, які швидко ростуть (наприклад, гречка та гірчиця), але більшості покривних культур знадобиться більше двох місяців зростання - це може обмежити варіанти для виробників у більш прохолодному та північному кліматі. Хоча деякі практикуючі практики (наприклад, органічні виробники, садівники або землевласники невеликих посівних площ з високоцінними культурами) знімають свої поля з виробництва, щоб посадити покривні культури, терміни та тривалість основного вегетаційного періоду сільськогосподарських культур диктують, чи можна вирощувати покривні культури до або після основної культури (рис. 15. 19). Альтернативним методом збільшення тривалості росту рослин є недосів покривної культури безпосередньо під основною культурою. Наприклад, червону конюшину недосівають на дрібнозернові крупи (рис. 15.18). Конюшина повільно росте під зерновим навісом, а до врожаю зерна в серпні покрив червоної конюшини добре прижився і має рости решту року (рис. 15.20С). Ще один підхід полягає в тому, щоб вивести ділянку землі з виробництва на сезон, щоб отримати повну вигоду від вирощування покривних культур (див. Розділ «Безперервні живі рослини»). Для отримання додаткової інформації про те, як включити певні покривні культури у вашу систему та регіон, зверніться до ресурсів, наведених наприкінці глави.

Малюнок 15.20. Різні підходи покривних культур від повного сезону (А) до посіву після основного врожаю (B) до перетину з основними культурами (C-D1). (A) Себастьєн Анже, органічний виробник зерна з Квебеку, в одному зі своїх багатовидових покривних сумішей сільськогосподарських культур. Ця повносезонна полікультура включає соняшник, сорго-суданграсс, горох, малиновий конюшина, вика волохата, квасоля фаба. (B) Студенти бакалаврату збирають біомасу приблизно через два місяці після посадки посівів вівса в Онтаріо. (C) У Саскачевані червону конюшину недосівають на пшеницю ранньою весною і до моменту, коли урожай починає дозрівати, земля покривається конюшиною. (D) Спеціально розроблена сівалка для посадки трьох рядів покривних культур у кукурудзу на V6 (фаза росту 6 листків) до V8 (фаза росту 8 листків) шляхом закриття навісу (D1) встановили щорічні посіви райграсу та червоної конюшини. Кредити на фотографії: © «(A) — Дені S Себастьєн Анже; (B, D, D1) - Лора Ван Ерд; (C) — Івонн Лоулі» ліцензується на умовах ліцензії CC BY (Зазначення авторства).

Як покривні культури покращують здоров'я ґрунту? Окреслено важливість рослин для органічної речовини ґрунту (глава 3), ґрунтових мікробних спільнот (глава 6) та ґрунтового генезу (глава 2). Покривні культури навмисно вирощуються, щоб використовувати та максимізувати екосистемні послуги, які можуть надати рослини, і найбільш безпосередньо впливати на здоров'я ґрунту. Покривні культури покращують здоров'я ґрунту за рахунок збільшення споживання вуглецю та зменшення експорту вуглецю. Почнемо з вуглецевих входів. Покривні культури підвищують первинну врожайність і, таким чином, засвоєння вуглецю та надходження вуглецю в основному за рахунок збільшення тривалості росту рослин (рис. 15.19). Покривні культури не «збирають»; жодна біомаса не видаляється з поля, і тому вуглець не видаляється з поля прямими управлінськими рішеннями (за винятком деяких систем через випас худоби; див. Розділ Компост + Органічні поправки та різноманітність сільськогосподарських культур). Рослинний матеріал, а також вуглець, що міститься всередині, додається в грунт, підсилює активність мікробів, а завдяки розкладанню частина ґрунту перетворюється в органічну речовину. Наприклад, у Східній Канаді, використовуючи щорічні покривні культури шість разів протягом восьми років у системі переробки овочів та зерна, надземні надземні надземні надходження вуглецю з покривних культур становили приблизно 9 Мг С га ^-1, враховуючи, що 40% чистого фотосинтетичного вуглецю виділяється під землею, поверхневий ґрунт зберігається до 28% % більше органічного вуглецю, ніж ґрунти, які не мали вирощування покривних культур (Chahal et al., 2020) У цьому ж середньостроковому експерименті з посівами з покриву основна врожайність була дорівнює або краща з покривними культурами та оцінками тестів на здоров'я ґрунту покращилися до 17% порівняно з контролем посівів без покриття (рис. 15.21; Чахал і Ван Ерд, 2018, 2019).

Малюнок 15.21. Кращі показники здоров'я ґрунту та врожайність з покривними культурами (CC) порівняно з контролем посівів без покриття в експерименті середньострокового покривного врожаю (CC), створеному в 2008 році та відібраним у 2016 році в Ріджтауні, штат Онтаріо. Дані, виражені у вигляді коефіцієнта відгуку, де значення більше 1 вказують на те, що покривні культури мали вищі бали, ніж відсутність покриття. Покривні культури посіяли після збирання основної культури; жито = озиме зернове жито. SOC = органічний вуглець ґрунту, Корнелл = Комплексна оцінка здоров'я ґрунту, Хейні = Тест на здоров'я ґрунту Хейні, Solvita = еволюціонував CO ₂ -C, SLAN = Solvita лабільний amino-N, як еволюціонував NH ₃. * вказує на те, що урожай покриву був значно іншим, ніж контроль, і ns вказує на не значно відрізняється. © Адаптовано з Chahal та Van Eerd (2018, 2019) адаптовано Лаурою Ван Ерд ліцензується за ліцензією CC BY (Зазначення авторства).

Покривні культури не тільки додають вуглець за допомогою фотосинтезу та часткового розкладання, але й мінімізують експорт вуглецю, пом'якшуючи ерозію та стікання та сприяючи агрегації. Покривні культури виступають фізичним бар'єром для ерозійних сил води та вітру, що уповільнює рух води та швидкість вітру на поверхні ґрунту, зменшуючи тим самим прикладену силу та кількість ґрунту та вуглецю, що покидає поле. Покривні культури можуть покращити інфільтрацію ґрунту, що знижує стік та водну ерозію. Покривні культури покращують зберігання та постачання ґрунтової води, виступаючи фізичним бар'єром для уловлювання снігу, що може призвести до більшого утримання ґрунтової вологи залежно від клімату та температури ґрунту. Через транспірацію покривні культури знижують вологість ґрунту, тим самим збільшуючи здатність ґрунту отримувати опади. Менше стоку ґрунту та ерозії призводить до менших втрат вуглецю з поля. Втрати вуглецю також мінімізуються за рахунок збільшення агрегації ґрунту. Оскільки покривні культури зменшують кількість часу оголення ґрунтів, рослинні залишки, кореневі ексудати та мікробні асоціації посилюють агрегацію ґрунту, додатково захищаючи надходження вуглецю від мікробного розкладання та втрати вуглецю. Підвищена кількість стійких грунтових агрегатів покращує стійкість до фізичної сили вітру та водної ерозії, а отже, сприяє збереженню структури ґрунту та пом'якшує поверхневе утворення кірки.

Покривні культури посилюють інші властивості здоров'я ґрунту, доживаючи їх іншої назви як «службові культури». Покривні культури забезпечують додаткове харчування та місця проживання ґрунтових мікроорганізмів та макрофауни через кореневі ексудати та ризосферу. Як описано вище, деякі коріння покривних культур можуть проникати в жорсткі шари плуга, тим самим покращуючи негативні наслідки ущільнення. Захищаючи поверхневі ґрунти, покривні культури підвищують здатність утримувати поживні речовини. Глибоко вкорінені покривні культури, такі як Brassicas (наприклад, гірчиця, редис, ріпа), відіграють ключову роль у переміщенні макро- та мікро- поживних речовин з глибших глибин ґрунту на поверхневий та приповерхневий ґрунт. Специфічні сорти гірчиці містять високі концентрації глюкозинолатів, якими можна керувати як біо-фумігант для придушення шкідників та хвороб, що переносяться ґрунтом, особливо в садівничих культурах. Транслокація поживних речовин у приповерхневий ґрунт разом з азотфіксацією бобових культур підвищує доступність поживних речовин до наступної культури. Через транспірацію покривають посіви знижують вміст ґрунтової води, що пом'якшує втрати вимивання поживних речовин, таких як азот, до грунтових вод. Крім того, покривні культури збільшують органічну речовину ґрунту, що важливо для водоутримуючої здатності та циклічності поживних речовин. Хоча вищезазначені ознаки здоров'я ґрунту можуть бути реалізовані рослинами загалом, той факт, що покривні культури є на місці, коли поля інакше були б парою, значно розширює первинну продуктивність та потужність, до якої ці переваги можуть бути досягнуті.

Проблеми з покривними культурами: З усіма перевагами, які можуть забезпечити покривні культури, чому лише 13,7% канадських фермерів повідомляють про використання покривних культур (див. Рис. 15.22)? Очевидним бар'єром є гроші. Покривні культури вирощуються як «службові культури», які не збирають; отже, вони не виробляють продукту для продажу, ані доходу фермерам. Так само дуже важко поставити доларову вартість екосистемних послуг, які покривають сільськогосподарські культури. Обробіток покриву має негайні витрати (насіння, посадка, припинення), але очікувані вигоди нараховуються в довгостроковій перспективі, і багато з цих переваг реалізуються поза полем (наприклад, менше ерозії ґрунту, менше стоку азоту та фосфору у поверхневі води), тоді як витрати несе фермер.

Малюнок 15.22. Карта Канади із зазначенням використання покривних культур на основі опитування 2015 року. Джерело: Статистичне управління Канади - землекористування, землекористування та практики управління. © Статистичне управління Канади; ліцензовано за ліцензією Відкритого уряду - Канада.

У багатьох кліматичних умовах та системах врожаю існує дуже короткий проміжок часу, доступний для вирощування покривних культур. Для багатьох основних культур, таких як зернова кукурудза або в регіонах з більш коротким вегетаційним періодом, особливо в преріях та північній Канаді, просто не так багато часу, щоб виростити покривний урожай. Вирощування покривних культур ще більше ускладнюється в напівпосушливому кліматі прерій, оскільки вони можуть зменшити вміст ґрунтової води, що обмежує основну продуктивність сільськогосподарських культур. Інші несприятливі наслідки для основної культури внаслідок використання покривних культур включають потенційне збільшення захворюваності шкідниками на певних культурах та утруднене постачання поживних речовин. Небобові культури покривають з високим співвідношенням біомаси та C/N іммобілізують N, що ускладнює оцінку коригувань синтетичних добрив. Хоча бобові покривають культури, такі як конюшина та люцерна, забезпечують мінерал N для наступної культури, чіткого методу оцінки зменшення добрив немає.

Прийняття покривних культур висуває більші вимоги до прийняття рішень садівником; існує крива навчання та додатковий рівень управління. Обрізка обрізки також вимагає часу і коли розміри ферм збільшуються, так і тимчасові обмеження. Наприклад, навесні необхідно вкривати пожнивні залишки і в холодних, вологих джерелах грунти з рослинними залишками на поверхні грунту не прогріються і не пересихають швидко, що викликає затримки посадки. Крім того, незвично мати нерівномірне покриття посівів, що ускладнює управління наступним урожаєм. Незважаючи на ці обмеження, практикуючі та дослідники знаходять інноваційні методи подолання цих обмежень. Дійсно, адаптація зростає, при цьому національне використання покривних культур збільшується на 5,5% з 2011 по 2018 рік. Потрібні подальші зусилля для пом'якшення цих проблем шляхом розробки агрономічних рішень, які працюють в Канаді, одночасно кількісно оцінюючи результуючу ґрунтову екосистему та послуги покривних культур.

6C-5: Різноманітність сільськогосподарських культур та тварин

Хоча покривні культури збільшують різноманітність рослин і покращують стан ґрунту, вони не є заміною гарної сівозміни (тобто основної різноманітності культур). Це пояснюється тим, що покривні культури присутні в грунті на більш короткий проміжок часу, ніж основна культура. Хороша сівозміна вважає різноманітність рослин тимчасово і просторово. Канадські органічні стандарти (CAN/CGSB-32.310-2020) розширюють цю концепцію далі, де сім'ї рослин, а не види повинні бути ротовані (тобто помідори та картопля належать до одного сімейства - пасльонових). Всі культури отримують вигоду від сівозміни, за оцінками, на 10% збільшується врожайність при безперервному посіві і до 25% в посушливі роки. Це явище добре відоме в сільському господарстві, таким чином, що контракти між виробниками та компаніями, які купують їх товари, зазвичай містять пункт про те, що урожай повинен вирощуватися в будь-якій конкретній галузі лише один раз на чотири-п'ять років. Аналогічно, на південному заході Онтаріо - і хоча фермери мають земельну базу - виробники переробних томатів орендуватимуть землю, де рослини пасльонових ніколи раніше не вирощувалися. Очікуваний приріст прибутковості від 12 до 15% (чол. Cory Cowan CCA), отриманий з меншої кількості збудників ґрунту та ущільнення, з лишком компенсує оренду та додаткові транспортні витрати.

Хоча переваги уникнення монокультури добре відомі, механізми, які пояснюють, чому ми бачимо підвищення первинної продуктивності з різноманітністю сільськогосподарських культур, значною мірою невідомі. Однією з очевидних переваг є зниження тиску шкідників у різних системах, особливо шкідників, що переносяться ґрунтом. Іншим, але менш очевидним, фактором, що сприяє, є покращення здоров'я ґрунту в різних системах. Різноманітні системи, як правило, мають більш високу органічну речовину ґрунту. Оскільки те саме джерело вуглецевих надходжень забезпечується в монокультурі, відсутність різноманітності у вуглецевих входах вибирає для мікробних спільнот, які можуть розкласти конкретне джерело вуглецю, що постачається цією культурою (нагадаємо природний відбір Дарвіна). У більш різноманітних системах існує безліч різних типів вуглецевих входів, що впливає на здатність мікробів використовувати (розкладати) джерела вуглецю. Різноманітність рослин, ймовірно, сприяє мікробному різноманітності та функціональній надмірності. Імітуючи природу і включаючи різноманітність рослин у будь-якому даному полі (з плином часу та простору), з'явиться більш різноманітне ґрунтове співтовариство. Різноманітні громади призводять до більш стабільного населення та надають стійкість до абіотичних та біотичних стресорів. Важливо враховувати як часову, так і просторову різноманітність, і поєднання посівних культур, покривних культур та багаторічних рослин допомагає вирішити обидва. Ми розширимо попередні описані стратегії 6С та наведемо приклади того, як різноманітність сільськогосподарських культур покращує здоров'я ґрунту.

Справа не лише в тому, скільки ви вирощуєте, це те, що ви вирощуєте: Для зміцнення здоров'я ґрунту недостатньо мати високу різноманітність рослин; скоріше, це ключ до вирощування рослин з високим вмістом вуглецю та, якщо можливо, уникати виснаження ґрунту культур. Наприклад, соя вважається ґрунтовиснажувальною культурою. У преріях та інших місцях багато видів трав відомі своїми високими вуглецевими витратами, особливо під землею вуглецю. Різноманітність видів рослин означає, що буде різноманітність в кореневій архітектурі, глибині вкорінення, вуглецевому складі та кореневих ексудатах. Максимізація як надземної, так і підземної біомаси може допомогти побудувати здоров'я ґрунту. Глибоко вкорінені культури включають ріпак, соняшник, сафлор та люцерну. Великі кореневі системи збільшують обсяг ризосфери, забезпечуючи «більший фуршет» для мікробів. Коріння та отримані вуглецеві входи також зміцнюють структуру ґрунту та агрегацію, що покращує стійкість ґрунту до таких загроз, як ерозія, ущільнення та скоринка.

Озима пшениця: будівельник ґрунту у Східній Канаді: На основі довгострокових систем обробітку ґрунту та випробувань сівозміни в Південно-Західному Онтаріо, обертання, що включають дрібні зерна, такі як озима пшениця, мають на 10% більше значення здоров'я ґрунту на основі різних тестів на здоров'я ґрунту (Congreves et al., 2015) як а також більший органічний вуглець (Congreves et al., 2017) та 20% більше водостійких агрегатів (рис. 15.23; (Van Eerd et al., 2018). Здоров'я ґрунту було еквівалентним або більшим за обертання з посівами озимої пшениці та червоної конюшини, а також з суцільним живим покривом люцерни (рис. 15.18). Збільшення органічного вуглецю та здоров'я ґрунту, що надається озимою пшеницею, призвело щонайменше на 10% до збільшення врожайності зернових кукурудзи та сої, коли озима пшениця перебувала в ротації. Крім того, врожайність посівів була більш стабільною в екстремальні погодні роки і потребувала на 17% до 22% менше добрив N з озимою пшеницею в сівозміні (Gaudin et al., 2015) і пояснюється підвищенням здоров'я ґрунту. Таким чином, озима пшениця підвищує стабільність та стійкість агроекосистеми за рахунок поліпшення здоров'я ґрунтів.

Малюнок 15.23. Різноманітність культур та більша частота посівів озимої пшениці в сівозміні покращує стабільність ґрунтових агрегатів у глинистому суглинковому ґрунті з багаторічного експерименту в Ridgetown Ontario © Adapted from Van Eerd et al. (2018) адаптовано Laura Van Eerd ліцензовано за ліцензією CC BY (Attribution) .

Механізм, за допомогою якого озима пшениця покращує здоров'я ґрунту, безсумнівно, обумовлений більшими та різноманітними витратами вуглецю, оскільки озима пшениця - це вид трави з розгалуженою кореневою системою. Більша врожайність кукурудзи та сої при ротації озимої пшениці йде рука об руку з більшою кількістю рослинних залишків, що повертаються в ґрунт (більш високі врожаї відповідають більшим рослинам та більшій кількості вуглецю). За рахунок включення озимої пшениці в ротацію, в грунт в різну пору року додають різні вуглецеві сполуки, про що говорилося раніше. Озиму пшеницю сіють у вересні, що забезпечує надходження вуглецю в той час року, коли інші обертання будуть парою. Нарешті, озима пшениця забезпечує захист ґрунту в пору року, коли ерозійні сили вітру і води особливо сильні (з осені до початку весни). Зверніть увагу на подібність покривних культур та суцільних живих рослин (див. Попередні два розділи).

Ще більше способів збільшити різноманітність культур: Крім хорошої сівозміни, вирощування суміші культур може бути досягнуто різними способами. Полікультура і перехрещення - це методи, коли на одній землі одночасно вирощують дві або більше культур, тоді як естафетна і послідовна обрізка передбачає вирощування двох і більше культур в один сезон (рис. 15.19). Прикладом цього може бути переплетення кабачків в озиму пшеницю. У той час як врожайність пшениці знижується, щоб дати можливість посіву кабачків на початку червня, є переваги для виробництва кабачків. До врожаю пшениці в липні лози кабачків подовжуються з додатковою перевагою плодів, що розвиваються на рослинних рештках на відміну від ґрунту. Ця система знижує тиск на хвороби, що передаються сквошу, і мінімізує робочу силу під час збору врожаю, оскільки є менше грунту для очищення плодів. На преріях нут та льон продемонстрували обіцянку як міжпосівну систему, використовуючи спеціальне обладнання для розділення зерна під час збору врожаю. Полікультури - це суміші рослин, висаджені в першу чергу для екологічної вигоди. Деякі фермери використовують полікультури як суміш покривних культур або кормову культуру, а інші використовують смуги полікультур уздовж країв полів для підтримки біологічного різноманіття. Хоча критики назвали втрачені посівні площі як негативний фактор такого підходу до посадки, корисні комахи, яких заохочують деякі рослини та суміші, допомагають боротися зі шкідниками.

Важливі не лише рослини, а й тварини: різноманітна система також включає тварин. Спостерігається позитивний вплив випасу худоби на первинну врожайність та збільшення надходження вуглецю під землею. Більш того, з тваринами в системі вуглець повертається в грунт з фекаліями і гноєм. Це докладніше досліджується в розділі про безперервні живі рослини, які часто пасуться або використовуються як корм у тваринницьких системах (наприклад, люцерна, вирощена на корм для великої рогатої худоби) та в розділі про Компости та поправки, які часто є рослинним матеріалом, який був частково розкладений або оброблений через тварин.

Виклики: Подібно до інших стратегій сталого управління ґрунтом 6С, рішення про диверсифікацію сівозмін ґрунтується на багатьох факторах. Вирощування різних культур тимчасово розподіляє фінанси та робочу силу, оскільки посіви висаджуються та збираються в різний час, що може розглядатися як перевага (менша крихта часу в будь-який момент часу) або недолік (робоча сила, необхідна протягом більш тривалого періоду часу). Багато культур вимагають спеціалізованої посадкової або збиральної техніки, що вимагає капітальних вкладень і планового обслуговування. Ще одним важливим фактором є доступ до ринку та коливання цін. Незважаючи на це, в довгостроковій перспективі очікується користь для здоров'я ґрунту з різноманітними системами.

Малюнок 15.24. Табіта Гастінгс демонструє просторове різноманіття культур на грядках (багато видів зелені, вирощених разом) та серед грядок на її фермі Urban Sunset у Хайгейті, штат Онтаріо. Тимчасове різноманіття обертових культур з різними сім'ями стає складним завданням, оскільки в одній родині є багато різних овочів, наприклад, капуста, брокколі, цвітна капуста та зелень коллард - все це в родині Brassicaceae. Включаючи трав'яні покривні культури, такі як овес або зернові жито, можуть забезпечити різноманітність рослин та побудувати здоров'я ґрунту (не показано). Зверніть увагу на різні типи ґрунтових покриттів; чорна тканина на передньому плані використовується для боротьби з бур'янами, білі тканинні рядові покриви на середині землі, що використовуються для захисту від замерзання та боротьби з шкідниками, та пластиковий будинок обруча на задньому плані, що використовується для тепла для продовження вегетаційного періоду © Laura Van Eerd, Univ. of Guelph має ліцензію за ліцензією CC BY (Атрибуція).

6C—6: Компост і поправки

Використовуючи найпростіше визначення, поправка до органічного ґрунту - це будь-який матеріал на основі вуглецю, що додається до ґрунту. Компости - це різновид органічної поправки, яка була частково розкладена перед застосуванням. Таким чином, легко побачити, як застосування компостів та органічних поправок безпосередньо стосується принципів здоров'я ґрунту будівельного вуглецю (табл. 15.3). Здебільшого джерела вуглецевого матеріалу значною мірою розглядаються як «відходи» з різних джерел, таких як люди, їжа, рослини, тварини (Таблиця 15.5), де грунт розглядається як «одержувач» цих відходів. Прикро, що ці цінні джерела вуглецю розглядаються як відходи, а не як критичний ресурс у побудові здоров'я ґрунту. Ця точка зору дійсно потребує змін, якщо має бути досягнутий реальний прогрес у будівництві здоров'я ґрунту та рекультивації ґрунтів (див. Розділ 16) для отримання додаткової інформації про меліорацію). У цьому розділі ви дізнаєтесь про різні типи поправок, різні механізми, за допомогою яких компост та поправки покращують здоров'я ґрунту, та практичні виклики чи бар'єри для впровадження цієї практики.

Таблиця 15.5. Загальні типи поправок, доступні в Канаді

Поправка	Джерела	Фаза ^а	Принцип обмеження	Довідка
Генерується на фермі
Тваринний гній	Екскременти худоби	С, Л, С	Збудники	Майяр і Анже (2014)
Пожнивні залишки	Обрізки, відводи і промивні води	С, Л, С	Високий N
Несільськогосподарські вихідні матеріали (NASM)
Біотверді речовини	Відходи стічних вод	Л, С, Р, С	Збудники	Левеск та співавт. (2020)
Харчові відходи	Процесори, муніципалітети	Всі	Солі
Відходи деревини, обрізка двору	Муніципалітети, Целюлозно-паперова промисловість	S, C, U	N і P іммобілізація	Камберато та ін. (2006)
Біовугілля	Піроліз	S	Висока енергія	Мехлер та співавт. (2018)
^домінуюча, але не єдина фаза наявних поправок (не в порядку). S = твердий, L = суспензія рідина, C = компостується, U = необроблений, P = оброблений (наприклад, зневоднений, гранульований).

Навіщо морочитися компостуванням? Органічні зміни можуть застосовуватися безпосередньо (наприклад, відбір після сортування та пакування овочів на фермі) або їх можна обробити, як правило, для зручності транспортування та застосування. Компостування - одна з поширених форм обробки. Компостування - це аеробний процес розкладання, опосередкований мікроорганізмами, що призводить до стабільного органічного матеріалу. Це вимагає регулювання концентрації кисню, вологості, температури та співвідношення вуглецю до азоту (рис. 15.25); недостатньо просто залишити купу гною з часом. У міру розкладання матеріалів і виділення вуглекислого газу запах зводиться до мінімуму, зменшуються навантаження на збудника (потрібні високі температури), вода випаровується або вилуговується, а загальний обсяг матеріалів зменшується приблизно на 50%, що концентрує поживні речовини. Для більшості практиків зменшення збудників і обсягу є основними причинами компостування. Оскільки спочатку розкладаються найбільш легкодоступні матеріали, що залишився матеріал (тобто компост) є відносно стабільним. Поживні речовини в основному знаходяться в органічній формі, на відміну від мінеральної форми, і, отже, не настільки доступні (нагадаємо главу 7 Циклічність поживних речовин). З точки зору управління рослинництвом, доступність поживних речовин з компостованого гною, як правило, більша за 2 та 3 роки, ніж рік внесення; отже, важливі терміни внесення щодо поглинання поживних речовин.

Малюнок 15.25. Процес компостування © Джулі Форест-Дроле (концептуалізований Джулі Форест-Дроле та Лаурою Ван Ерд) ліцензується за ліцензією CC BY (Attribution).

Як органічні зміни покращують здоров'я ґрунту? Подібно до інших «Cs» здоров'я ґрунту, органічні зміни покращують стан ґрунту за допомогою ряду механізмів. Ймовірно, найбільш очевидним і впливовим є збільшення вуглецю в ґрунті, що підсилює інфільтрацію ґрунту, здатність утримувати воду, активність мікробів, ЦВК, доступність поживних речовин. Фізичні поліпшення стану ґрунту очікуються через складний характер органічних матеріалів у поправці. Наприклад, біотверді речовини, що використовуються на напівпосушливих пасовищах у Британській Колумбії, збільшили сукупний розмір ґрунту та стабільність, завдяки більш високим концентраціям вуглецю та азоту в агрегатах (Wallace et al., 2009). Поверхневе внесення органічних поправок також покращує доступність води та поживних речовин, а також сприяє росту рослин, що, в свою чергу, збільшує вуглець ґрунту (див. Безперервні живі рослини). Мета-аналіз (тобто великі дані) показав, що кількість вуглецю, що застосовується з часом, позитивно пов'язана з вмістом органічного вуглецю в ґрунті (Maillard and Angers, 2014) і що зміни покращили здоров'я ґрунту різних біологічних, хімічних та фізичних ознак ґрунту (Norris and Congreves, 2018) (рис. 15. 26). Фактично, позитивний вплив органічних змін на здоров'я ґрунтів та врожайність сільськогосподарських культур може бути тривалим (десятиліття) та пом'якшує негативні наслідки ерозії (Larney and Olson, 2018).

Малюнок 15.26. Мета-аналіз систем рослинництва, що показує, як 3 з 6С стратегії управління здоров'ям ґрунту (компост/поправки, обрізка покриву та консерваційний обробіток ґрунту), порівняно з традиційним управлінням, впливають на фізичні, хімічні та біологічні атрибути ґрунту та врожайність (Передруковано з Norris та Конгреси (2018). Символи та довірчі інтервали, що падають праворуч або ліворуч від пунктирної лінії, представляють випадки, коли практика управління здоров'ям ґрунту збільшувала або зменшувала значення атрибута ґрунту відносно звичайної практики відповідно. Там, де символи та довірчі інтервали перетинають пунктирну лінію, то практика управління здоров'ям ґрунту не вплинула на значення атрибутів ґрунту відносно звичайної практики. Скорочення: загальний вуглець, TC; загальний азот, TN; органічний вуглець, що видобувається водою, WEOC; мікробна біомаса вуглецю, MBC; кількість мікроорганізмів (колонії, що утворюють одиниці або підрахунки), кількість; фізіологічні профілі на рівні громади, CLPP. © Norris and Congreves (2018) ліцензується відповідно до CC BY ( Атрибуція) ліцензія.

Органічні зміни змінюють ґрунтові мікробні угруповання і в залежності від ступеня розкладання можуть стимулювати активність мікробів у ґрунтах. Наприклад, було встановлено, що біовугілля сприяє створенню корисних бактерій рослин та підвищенню бактеріального багатства в теплиці в Квебеку, Канада (Lévesque et al., 2020). Ймовірно, це сталося через збільшення екологічних мікроніш та доступності поживних речовин у середовищі вирощування на основі торфу. У Нью-Брансвіку застосування органічних поправок ефективно пригнічувало хвороби картоплі, що передаються ґрунтом, на картопляних порах. У цих областях рівень придушення захворювань був пов'язаний з кількістю вуглецю в компості, а не з його якістю (наприклад, співвідношення C/N, ступінь розкладання) (Wilson et al., 2018). Аналогічно, при обробці полів томатів в Онтаріо комплексом хвороб, що передаються ґрунту, врожайність сільськогосподарських культур покращилася із застосуванням органічних поправок, що пояснювалося змінами ризосфери та кореневих колонізованих мікроорганізмів (Van Eerd et al., 2021 — неопубліковані дані). Таким чином, хоча прийнято вважати, що органічні зміни впливають на ґрунтові мікробні спільноти, є докази того, що це також може бути корисним для придушення захворювань.

На додаток до кількості застосованого вуглецю, багато інших факторів також впливають на вплив поправки на здоров'я ґрунту, включаючи клімат, тип рослинності, рН ґрунту, мікробне співтовариство ґрунту тощо. У своєму огляді поправок Ларні та Анже (2012) припускають, що деградовані ґрунти мають найбільший потенціал для отримання користі від компостів та органічних змін з точки зору здоров'я ґрунту та первинної продуктивності. Таким чином, існує можливість для конкретного місця застосування на деградованих ділянках в межах поля (наприклад, піщані горби або ущільнені ділянки) (рис. 15.27A).

Малюнок 15.27. Виробники переробки томатів Онтаріо використовують органічні поправки для поліпшення здоров'я ґрунту та первинної продуктивності. (A) Виробник Kees Poppe націлений на застосування органічних поправок до піщаних вузлів на цій фермі. Він бачив збільшення органічної речовини та покращення врожайності в тих районах, які він приписує покращенню водоутримуючої здатності. Зверніть увагу, наскільки рівномірно виглядає поле на перших двох фотографіях, тоді як перед внесенням поправок помідори на піщаних горбках були б менш зеленими зі зменшеним зростанням. (B) Онтаріо Міністерство сільського господарства, продовольства та сільських справ (OMAFRA) Спеціаліст з управління ґрунтом Енн Вергаллен обговорює підходи до різноманітності культур та культур для поліпшення здоров'я ґрунтів. (C) Фермер Куртіс Аллер та сім'я мають різноманітну операцію, включаючи пташиний гній, який вони застосовують на своїх томатних порах. © Laura Van Eerd, Univ. of Guelph ліцензується за ліцензією CC BY (Attribution).

Вибір, вибір, вибір: З такою кількістю доступних джерел поправок (Таблиця 15.5) та з такою кількістю різних матеріалів у кожному типі поправок (наприклад, рідина, суспензія, тверда речовина), варіанти здаються нескінченними. Рішення про те, що застосовувати, залежить як від умов ґрунту, так і від складу поправок, які значною мірою зосереджуються на концентрації поживних речовин, солі та важких металів та рН. Норми застосування можуть базуватися на вмісті вуглецю або органічної речовини, але часто виготовляються на основі рівнів поживних речовин (зокрема N, P). Рішення про те, яку поправку застосувати, залежить від подолання перелічених нижче проблем, а також доступності та, звичайно, витрат.

Виклики: Як і в будь-якому управлінському рішенні, існують компроміси, які слід враховувати при використанні органічних змін. Поправки, особливо тваринного або людського походження, містять патогенні мікроорганізми. Хоча компостування мінімізує навантаження на збудника, управління повинно мінімізувати патогенні мікроорганізми в урожаї та в навколишньому середовищі. Провінційні правила та правила щодо способу та термінів внесення гною та біотвердих речовин розроблені для мінімізації ризику переміщення патогенів та поживних речовин за межі поля та зменшення запаху. Наприклад, терміни внесення до ґрунту часто обмежуються періодами року, коли культури не вирощуються (тобто навесні чи восени). У багатьох регіонах ґрунти вологі навесні та пізньої осені, тому внесення поправок може призвести до ущільнення грунту. Ущільнення ґрунту посилюється, оскільки органічні поправки громіздкі та потребують спеціалізованого важкого обладнання. Крім того, для мінімізації запаху та поверхневих втрат поживних речовин може знадобитися обробіток ґрунту для включення поправки. (нагадаємо зменшення ущільнення та збереження наслідків обробітку ґрунту).

Хоча значна кількість органічних поправок необхідна для спостереження за поліпшенням стану ґрунту, певні поживні речовини (наприклад, P, K) та важкі метали (зокрема Zn) накопичуються у ґрунті. Надмірний рівень може становити небезпеку для здоров'я людини, тварин та навколишнього середовища. Так само деякі поправки містять багато солей, які можуть спалювати рослини і можуть створювати проблеми з солоністю в напівпосушливому кліматі. Нарешті, хоча витрати та переваги поживних речовин є негайними, користь від поправок для здоров'я ґрунту зазвичай накопичується з часом та після повторних застосувань. Це виклик для землевласників, що обмежують готівку, однак очікується, що довгострокові інвестиції в здоров'я ґрунтів призведуть до підвищення первинної продуктивності та стійкості системи, що не відрізняється від інших стратегій управління здоров'ям ґрунту 6С.

Інші підходи до сталого управління ґрунтами

Окрім стратегій 6С, існують інші підходи, які можна зробити для поліпшення здоров'я ґрунту (табл. 15.6). Ці практики можуть відбуватися в полі або по периметру поля. Багато хто орієнтований на проблемні ділянки поля, і не всі вони застосовні. Як і у випадку з 6Cs, слід враховувати цілісні міркування при прийнятті рішення про прийняття будь-якого з цих підходів.

Таблиця 15.6. Додаткові підходи, які можуть бути використані для досягнення здоров'я ґрунту

Підхід	Приклад	Принцип здоров'я ґрунту
		Захистіть ґрунт		Різноманітність + Переніалізація	Збірка вуглецю
		Максимізуйте ґрунтовий покрив	Мінімізуйте порушення ґрунту		Покращення входів і прибутків C	Мінімізуйте втрати C та ґрунту
Вітровки	Дерево бар'єр навколо поля	♥		∗		3 роки
Структури боротьби з водною ерозією	Вегетативна смуга, де тече вода	♥	3 роки			∗
Земля виходу на пенсію	Перетворення в природну екосистему	∗		♥	3 роки
Прибережні зони	Рослинна смуга перед водоймами	∗		3 роки		∗
Фізична рекультивація	Переміщення ґрунту з місць осадження (наприклад, низьких ділянок або канав) до ерозійних позицій в ландшафті				3 роки	∗
Контурна пластика	Формування землі та вирощування культур перпендикулярно схилу	3 роки				∗
Дренаж надр	Швидше переміщайте воду з поля; ущільнення менш імовірно		3 год.		3 год.
♥ основна мета та вигода; ∗ очікувана вигода; імовірна вигода

РЕЗЮМЕ

Здоров'я ґрунту є важливою концепцією, оскільки вона вимагає від нас розглядати ґрунт як живу систему, що інтегрує біологічні, хімічні та фізичні властивості. Ми можемо виміряти стан ґрунту та порівнювати за допомогою візуальних оцінок ґрунту, тестів на здоров'я ґрунту або за допомогою інтегрованих балів, розрахованих на основі кількох показників здоров'я ґрунту. Завдяки здатності ґрунту функціонувати та надавати екологічні послуги, здоров'я ґрунту пов'язує людей та їх управлінські рішення з ґрунтом, рослинами та тваринами.

Індивідуальні практики управління, що впливають на здоров'я ґрунту, можна класифікувати за допомогою рамки 6C: зменшення ущільнення, консервація обробітку ґрунту, безперервні живі рослини, покривні культури, різноманітність сільськогосподарських культур та тварин та компост та поправки. Кожна з цих стратегій управління має переваги та проблеми. Практики 6С можуть бути реалізовані індивідуально або, в ідеалі, в поєднанні. Як ви, напевно, помітили, між 6С існує багато зв'язків, наприклад, використання покривних культур збільшить тривалість безперервного проживання рослин і додає різноманітності культур. Терміни вимірювання реакцій на нові практики управління здоров'ям ґрунтів варіюються від років до десятиліть залежно від практики управління, характеристик ґрунту, системи посівів та місцевого середовища. Але прийняття будь-якого з 6Cs матиме позитивний вплив.

Це захоплюючий час, щоб дізнатися про здоров'я ґрунту. Розмовляючи з фермерами, агрономами, природоохоронцями та садівниками про здоров'я ґрунту, ми часто чуємо від них: «Хотілося б, щоб я навчився цьому, коли навчався в школі/університеті». Ми впевнені, що здоров'я ґрунту буде у вас на думці, коли ваше життя наступного перетинається з грунтом. Ґрунтознавство постійно відкриває нові ґрунти. Наші знання про здоров'я ґрунту та інструменти, які ми маємо охарактеризувати, готові експоненціально зростати протягом вашого життя. Запрошуємо вас продовжувати вивчати ґрунт і приєднатися до нас, щоб зробити ці нові відкриття.

ЗАПРОПОНУВАВ ЧИТАННЯ

Кращі практики управління здоров'ям ґрунту http://www.omafra.gov.on.ca/english/environment/bmp/AF151.pdf

Магдофф і Ван Ес. 2009 рік. Будівництво ґрунтів для кращих культур. Стале управління ґрунтами. Третє видання. Дослідження та освіта в галузі сталого сільського господарства (SARE). ІСБН 978-1-888626-13-1 https://www.sare.org/Learning-Center/Books/Building-Soils-for-Better-Crops-3rd-Edition/Text-Version

ДОДАТКОВІ РЕСУРСИ

Інфографіка Що таке здоров'я ґрунту від SARE описує практики сталого управління. https://www.sare.org/Learning-Center/What-is-Soil-Health

Східна Канада обкладинка інструмент рішення про врожай або інструмент селектора обтинання MCCC

http://www.omafra.gov.on.ca/english/environment/bmp/soil-health.htm

https://www150.statcan.gc.ca/n1/pub/95-634-x/2017001/article/54903-eng.htm

Управління покривними культурами вигідно. Третє видання. Ред. А Кларк. Дослідження та освіта в галузі сталого сільського господарства (SARE)

https://www.sare.org/Learning-Center/Books/Managing-Cover-Crops-Profitably-3rd-Edition

Набір для перевірки якості ґрунту NRCS. http://www.nrcs.usda.gov/wps/portal/nrcs/detailfull/soils/health/assessment/?cid=nrcs142p2_053873

ВИВЧЕННЯ ПИТАННЯ

1. Тести на здоров'я ґрунту, доступні в даний час, є зваженими (або рідше невагомими) середніми показниками численних показників ґрунту; де більші значення вказують на кращий стан ґрунту. Цей підхід працює добре, але одна критика полягає в тому, що ґрунт може мати високий тестовий бал, але не підтримувати ріст рослин (тобто не підтримує первинну продуктивність і, таким чином, за визначенням не є здоровим ґрунтом). Наприклад, ґрунт з рН < 5,2 обмежує ріст рослин, але всі інші показники ґрунту можуть бути нормальними. Ваше завдання полягає в тому, щоб знайти рішення. Як це може бути оброблено в індексі здоров'я ґрунту?
2. Використовуючи таблицю 2 та те, що ви дізналися з інших розділів (зокрема, розділів 3-7), визначте, чого не вистачає у списку. Чому ви думаєте, що він не включений?
3. Порівняйте та порівняйте підходи до покращення стану ґрунту з підходами, викладеними у розділі «Меліорація ґрунтів» цього підручника.
4. Виберіть дві стратегії 6C управління здоров'ям ґрунту. Порівняйте та порівняйте, як ці підходи покращують здоров'я ґрунту.
5. У науці завжди є винятки з правила. Існують ситуації, коли різноманітність сільськогосподарських культур не очікувалося б покращити здоров'я ґрунту. Наведіть два приклади з різними механізмами та поясніть.
6. Які існують методи включення покривних культур у сівозміни? Виберіть одну систему та визначте переваги та недоліки включення покривних культур.
7. Які три універсальні обмеження для прийняття 6С практики управління здоров'ям ґрунтів?

ЩОХВИЛИННІ ПАПЕРИ

1. Виберіть один з 6Cs. Опишіть, як існують прибутки органічного вуглецю в ґрунті або як мінімізуються втрати за допомогою обраної вами практики.
2. Ви щойно придбали новий будинок (вітаємо!) в абсолютно новому районі (yikes- ґрунт був деградований під час будівництва). Ви хочете зробити озеленення і знати, що грунт важливий для успішного росту рослин. Опишіть, як би ви оцінили свій ґрунт і що б ви шукали, щоб захистити свої інвестиції в рослини, гарантуючи, що вони будуть процвітати? Які 6С практики управління здоров'ям ґрунту ви б використали для покращення очікуваного поганого стану ґрунту, залишеного будівельниками?

ЗАХОДИ НА СВІЖОМУ ПОВІТРІ

1. ГРУНТ ВАШІ БІЛИЗНИ: Закопуйте нижню білизну з бавовни так, щоб пояс знаходився на поверхні грунту або поблизу неї. Ви хочете, щоб грунт максимально контактував з бавовною, тому розкладіть його. Обов'язково позначте ділянку прапором, щоб через 2 - 3 місяці можна було викопати нижню білизну. Майте на увазі, що температура ґрунту та вологість впливають на активність ґрунту, тому ви можете відрегулювати тривалість часу, коли він закопується. Порівняйте два різних грунти. Складіть гіпотезу: який грунт, на вашу думку, найздоровіший, найактивніший? Яке кількість бавовни, що залишилася розповість вам про грунт. Чи був ваш прогноз правильним? Чому чи чому ні? Для отримання додаткової інформації відвідайте https://www.ifao.com/ та перегляньте ці відео https://www.youtube.com/watch?v=Ym0naU1oQmY [[1]] https://www.youtube.com/watch?v=akMT1ZZQ8PA
2. ВИМІРЮВАННЯ ПОКРИТТЯ ҐРУНТУ: Цю діяльність можна зробити майже де завгодно — поле, газон, порушений ліс. Натягуємо вимірювальну стрічку 25 метрів. Кожні 50 см розраховуйте, коли є відкритий грунт на відміну від рослинних залишків або сміття. Для підрахунку рослинний залишок повинен бути розміром не менше сірника (4 мм х 45 мм). Умножує число на 2, і у вас є відсоток залишку покриття. Повторіть від 3 до 5 разів у представницьких областях поля, щоб отримати середнє значення. Для пом'якшення ерозії рекомендується 30% покриття. Також добре працює мотузка, позначена ізоляційною стрічкою кожні 50 см.
3. ГРУНТ УЩІЛЬНЕННЯ CAMPUS WALK: Пошук ознак ущільнення грунту не складно, просто прогулятися по кампусу і шукати зелені насадження, де студенти прорізають, щоб дістатися до класу вчасно. Погляньте на зовнішній вигляд ґрунту в районі, де гуляють учні порівняно з рештою зелених насаджень. Подумайте, що сталося з кількістю і розміром пір в цих двох грунтах (Фото 17.3). Спостерігайте за кількістю трав'яних рослин, що ростуть в районі, де гуляють учні порівняно з рештою зелених насаджень. Ви бачите інші «бур'яни» рослини, що ростуть там, де трави немає? Як ці рослини пристосувалися рости там, де трави немає? Яке керівництво ви б порекомендували для поліпшення здоров'я ґрунтів у цій галузі?
4. ТЕСТ НА ЗДОРОВ'Я ГРУНТУ ДИЗАЙНЕРА: Створіть власну картку оцінки здоров'я ґрунту Використовуючи таблицю 17.2 та цей веб-посібник, створіть власний тест на здоров'я ґрунту. Визначте, які змінні ви будете включати і чому. Чи будуть зважуватися всі показники однаково? Якщо ні, то чому ви зважили одні показники більше за інших? https://www.nrcs.usda.gov/Internet/FSE_DOCUMENTS/nrcs142p2_051879.pdf Відповідь: з обґрунтуванням тест повинен включати хімічні, фізичні та біологічні показники та повинен включати міру кількості вуглецю або циклічного циклу. ЛОТ #1 -3:
5. КОМПОСТУВАННЯ В ДОМАШНІХ УМОВАХ: Тепер, коли ви дізналися про процес та переваги компостування, чому б не почати компостувати вдома! На задньому дворі (або громадському саду) почніть компостувати їжу та дворові відходи. Ви можете легко зробити свій власний контейнер для компосту! Додайте компостні матеріали шарами, підтримуючи баланс між «зеленими» матеріалами (наприклад, майже будь-чим з вашої кухні, свіжозрізаним газоном) та «коричневими» відходами (наприклад, мертвим листям, старими газетами тощо). Переконайтеся, що забезпечте кисень компосту, регулярно перемішуючи його (щотижня або два тижні). Тримайте компост вологим (але не надто вологим!). Візьміть жменю свого компосту і подивіться на нього. Якщо натиснути, чи тече з нього вода (тобто занадто волога)? Будь-який запах?

ЦИФРОВА ДІЯЛЬНІСТЬ

1. ЗДОРОВ'Я ҐРУНТУ З ТОЧКИ ЗОРУ ФЕРМЕРА: Дивіться розмову про TEDx Фермера Фреда Кіршенмана про ґрунт - від бруду до рятувального кола. Обговорити поточні обмеження для фермерів та фермерських систем. Хоча він прямо не говорить 6Cs, обговоріть, як прийняття 6C практики управління здоров'ям ґрунту може забезпечити різні переваги та визначити благодійників.
2. ІНСТРУМЕНТ РІШЕННЯ: Використовуйте або Східну Канаду, або Середній Захід інструмент прийняття рішень про врожай, щоб відповісти на питання для цього тематичного дослідження. Ви володієте CSA (сільське господарство, що підтримується громадою), де ви вирощуєте понад 15 різних овочів. Ви придбали нову землю в серпні. Ця земля оброблялася агресивно, часто коли грунт був занадто вологим, і, здається, має стійкі бур'яни. Ви плануєте посадку покривної культури в серпні з метою поліпшення ґрунту та врожайності.
   • Виходячи з деталей ферми, виберіть три цілі, які ви хотіли б досягти, і поясніть, чому. Відповідь: цілі зменшення ущільнення, винищувач бур'янів, будівельник органічної речовини, можливо, ще одна мета, якщо добре пояснити.
   • Виходячи з високих оцінок цих обкладинок для обраних вами цілей, виберіть дві покривні культури, які ви, можливо, захочете вирощувати. Виходячи з двох обраних вами покривних культур, ознайомтеся з перевагами та недоліками в інформаційних таблицях та виберіть найкращий варіант обрізки. Створіть 2 причини, чому ви зібрали цей покривний урожай. Наведіть 2 причини, чому ви не вибрали інший урожай покриву. Відповідь: Покривні культури повинні бути оцінені 3 або 4 (з 4) для цілей, обраних з розумними поясненнями щодо вибору одного покриття над іншим.

ПОСИЛАННЯ

Ендрюс, С.С., Д.Л. Карлен, і Дж. П. Мітчелл. 2001. Порівняння методів індексації якості ґрунту для систем рослинництва Північної Каліфорнії. Сільське господарство, екосистеми та довкілля 1760:1-21.

Бюнеман, Е.К., Бонджорно, Г., Бай, З., Кремер, Р.Е., Де Дейн, Г., де Годе, Р., Флескенс, Л., Гайсен, В., Кейпер, Т.В., Мадер, П., Пуллеман, М., Суккель, В., ван Греніген, Ю.В., і Брюссаард, Л. 2018. Якість ґрунту — критичний огляд. Грунт Біол. Біохім. 120:105—125. Пергамон. дої:10.1016/я.Біо.2018.01.030.

Камберато, Дж. Дж., Ганьон, Б., Анже, Д.А., Шантіньї, М.Х., і Пан, W.L. 2006. Побічні продукти целюлозно-паперового комбінату як поправки до ґрунту та джерела живлення рослин. Може. Дж. грунтових наук 86:641—653. Дослідницька преса NRC Оттава, Канада. дої:10.4141/S05-120.

Каттані, Д.Дж., і Асселін, С.Р., 2017. Продовження вегетаційного періоду: Насінництво кормів та багаторічні зерна. Може. Дж. рослинницькі науки 98:235—246. doi.org/10.1139/cjps-2017-0212

Чахал, І., і Ван Еерд, Л.Л. 2018. Оцінка комерційних тестів на здоров'я ґрунту з використанням середньострокового експерименту з покривних культур у вологому помірному кліматі. Рослинний грунт 427:351—367. Міжнародне видавництво «Спрингер». дої:10.1007/s11104-018-3653-2.

Чахал, І., і Ван Еерд, Л.Л. 2019. Кількісна оцінка якості ґрунту в системі садівничо-покривного посіву. Геодерма 352:38—48. Ельзев'є, дої:10.1016/J.Геодерма.2019.05.039.

Чахал, І., Хукер, округ Колумбія, Дін, Б., Яновичек, К., і Ван Ерд, Л.Л. 2021. Довгостроковий вплив сівозміни, обробітку ґрунту та внесення добрив азоту на показники здоров'я ґрунту та продуктивність сільськогосподарських культур в умовах помірного клімату. Обробіток ґрунту Рез. 213, 105121. https://doi.org/10.1016/j.still.2021.105121

Чахал, І., Вин, Р.Дж., Майерс, Д., і Ван Еерд, Л.Л. 2020. Сукупний вплив покривних культур на секвестрацію вуглецю в ґрунті та рентабельність в умовах помірного вологого клімату. Наук. Реп. 10:13381 | https://doi.org/10.1038/s41598-020-70224-6.

Чен, Г., і Вейль, Р.Р. 2010. Проникнення коріння покривних культур через ущільнені ґрунти. Рослинний грунт 331:31—43. Спрінгер. дої:10.1007/с11104-009-0223-7.

Конгревс, К.А., Хейс, А., Верхаллен, Е.А., і Ван Ерд, Л.Л. 2015. Довгостроковий вплив обробітку ґрунту та сівозміни на здоров'я ґрунтів чотирьох помірних агроекосистем. Обробіток ґрунту Рез. 152. дої:10.1016/j.still.2015.03.012.

Конгревс, К.А., Хукер, округ Колумбія, Хейс, А., Верхаллен, Е.А., і Ван Ерд, Л.Л. 2017. Взаємодія тривалого внесення азотних добрив, сівозміни та системи обробітку ґрунту на динаміку вуглецю та азоту ґрунту. Рослинний грунт 410:113—127. дої:10.1007/с11104-016-2986-у.

Крессуелл, Х., і Кіркегаард, J. 1995. Меліорація надр рослинами - процес і докази. Грунт Рез. 33:221—239. [Онлайн] Доступно: http://www.publish.csiro.au/sr/SR9950221.

Доран, Дж. В., Саррантоніо, М., і Лібіх, М.А. 1996. Здоров'я та стійкість ґрунту. Адв. агрон 56:1—54. дої:10.1016/с0065-2113 (08) 60178-9.

Фокс, К.А., Тарнокай, К., Бролл, Г., Йошко, М., Кроеч, Д., і Кенні, Е. 2014. Покращена структура горизонту та форма поля для детального моніторингу динамічних властивостей ґрунту. Канадський журнал ґрунтознавства 94:189-208.

Гауден, Толхерст, Т., Кер, А.П., Яновичек, К., Тортора, К., Мартін, Р.К., і Дін, W. 2015. Збільшення різноманітності сільськогосподарських культур пом'якшує зміни погоди та покращує стабільність врожайності. Один полюс 10: e0113261. дої:10.1371/журнал.поодин.0113261.

Халде, К., Бамфорд, К.К., і Енц, М.Х. 2015. Агрономічні показники сільськогосподарських культур за шестирічною безперервною органічною системою no-till та іншими обробленими та традиційно керованими системами на півночі Великих рівнин Канади. Агрік. Екосист. Околиці. 213:121—130. Ельзев'є. дої:10.1016/д.вік 2015.07.029.

Халде, К., Гане, С., Чарльз, А., і Лоулі, Ю. 2017. Органічні системи No-Till у Східній Канаді: огляд. Сільське господарство 7:36. Багатопрофільний цифровий видавничий інститут. doi:10.3390/сільське господарство7040036.

Хейні, Р.Л., Хейні, Е.Б., Хосснер, Л.Р. і Арнольд, Дж. 2010. «Модифікації нового ґрунтового екстрагента H3A-1: багатопоживний екстрагент», Комунікації в ґрунтознавстві та аналізі рослин, 41:12, 1513-1523.

Ідоу, О.Дж., Ван Ес, Г.М., Абаві, Г.С., Вулф, Д.В., Шиндельбек, Р.Р., Мебіус-Клюн, Б.Н., Гугіно, Б.К. 2009. Використання інтегративного тесту на здоров'я ґрунту для оцінки впливу на управління ґрунтом. Поновити. Агрі. Харчова система 24, 214-224.

Янзен, Г.Х. 2001. Ґрунтознавство в канадських преріях — вдивляючись у майбутнє століття тому. Може. Дж. грунтових наук 81:489—503. Дослідницька преса NRC Оттава, Канада. дої:10.4141/S00-054.

Кінг, А.Е., Конгреви, К.А., Дін, Б., Данфілд, К.Е., Вороні, Р.П., і Вагнер-Загадка, C 2019. Кількісна оцінка взаємозв'язків між масовою часткою ґрунту, фракцією вуглецю та загальним вуглецем ґрунту для оцінки механізмів фізичного захисту. Грунт Біол. Біохім. 135:95—107. Пергамон. дої:10.1016/дж.Біо.Грунтовий.2019.04.019.

Ларні, Ф.Дж., і Анже, D.A. 2012. Роль органічних змін у рекультивації ґрунтів: огляд. Може. Дж. грунтових наук 92:19—38. Сільськогосподарський інститут Канади. дої:10.4141/cjs2010-064.

Ларні, Ф.Дж., і Олсон, А.Ф. 2018. Урожайність пшениці та властивості ґрунту виявляють спадкові наслідки штучної ерозії та змін на посушливому чорноземі темно-коричневого. Може. Дж. грунтових наук 98:663—677. Канадська наукова видавництво65 Ауріга Драйв, Люкс 203, Оттава, ON K2E 7W6. дої:10.1139/КСС-2018-0025.

Левеск, В., Жанна, Т., Доре, М., Зіаді, Н., Хог, Р., і Антун, Х. 2020. Біохари покращують продуктивність томатів та солодкого перцю та зміщують бактеріальний склад у середовищі вирощування на основі торфу. Застосовувати. Грунт екол. 153:103579. Елсев'є, Код: 10.1016/J.Apsoil.2020.103579.

Майяр, Е., і Анже, D.A. 2014. Внесення гною тварин та запаси органічного вуглецю в ґрунті: метааналіз. Глоб. Чанг. Біол. 20:666-679. Джон Уайлі та сини, ТОВ робить: 10.1111/gcb.12438.

Мехлер, М.А.А., Цзян, Р.В., Сільверторн, Т.К., і Ельберманн, М. 2018. Вплив біовугілля на характеристики ґрунту та тимчасові викиди парникових газів: польове дослідження з півдня Канади. Біомаса та біоенергетика 118:154—162. Пергамон. дої:10.1016/Дж.Біомбіое.2018.08.09.

Мебіус-Клюн, Б., Мебіус-Клюн, Д.Дж., Гуджино, Б., Ідову, О., Шиндельбек, Р., Рістоу, А., ван Ес, Х., Тіес, Дж., Шейлер, Х.А., Макбрайд, М.Б., Вульф, Д., і Абаві, Г. 2016. Комплексна оцінка здоров'я ґрунту Корнелл Рамковий посібник. 3-е видання. Корнельський університет, Ітіка, Нью-Йорк. [Онлайн] Доступно: http://www.scs.cals.cornell.edu [2016 Листопад 7].

Норріс, СЕ, Бін, ГМ, Каппеллацці, СБ, Копе, М, Грейб, КЛХ, Ліпцін, Д, Ріке, ЕЛ, Трейсі, PW, Морган, CLS, Хонікатт, CW. 2020. Представляємо північноамериканський проект для оцінки вимірювань здоров'я ґрунтів. Агрономічний журнал. 112:3195-3215. https://doi.org/10.1002/agj2.20234.

Норріс, C.E., і конгреви, К.А. 2018. Альтернативні методи управління покращують показники здоров'я ґрунту в системах інтенсивного вирощування овочів: огляд. Спереду. Навколишнє середовище. Наука 6: ХХХ. Межі. дої:10.3389/лют.2018.00050.

Огл, С.М., Алсакер, К., Балдок, Дж., Берну, М., Брейдт, Ф.Дж., Макконкі, Б., Регіна, К., і Васкес-Амабіле, Г.Г. 2019. Кліматичні та ґрунтові характеристики визначають, де управління No-Till може зберігати вуглець у ґрунтах та пом'якшувати викиди парникових газів. Наук. Реп. 9:11665. Видавнича група природи. дої:10.1038/s41598-019-47861-7.

Рейкоскі, округ Колумбія 2015. Збереження обробітку ґрунту не є консервацією сільського господарства. J. Консервація ґрунтових вод. 70:103A-108A. Товариство охорони ґрунтів та вод. дої:10.2489/JSWC.70.5.103a.

Саррантоніо, М., Дж. Доран, М.А. Лібіх та Дж. Халворсон. 1996. Внутрішньогосподарська оцінка якості та здоров'я ґрунтів. с.83-106. В: Дж. Доран та А.Дж. Джонс (ред.) Методи оцінки якості ґрунту. Специфікація SSSA. Ізд-во 49.

Дикун, C.S. 2011. Прерія: Природна історія. Книги Грейстоуна.

Статистика Канади. Методи обробки ґрунту, що застосовуються для підготовки землі до посіву (табл. 32-10-0408-01) https://doi.org/10.25318/3210040801-eng https://www150.statcan.gc.ca/n1/pub/95-634-x/2017001/article/54903/catm-ctra-390-eng.htm

Тиссен Мартенс, Дж. Р., Енц, М.Х., і Воннек, доктор медичних наук, 2015. Огляд: Переробка канадських систем обрізки прерій для прибутковості, стійкості та стійкості. Може. Дж. рослинницькі науки 95, 1049—1072. doi.org/10.4141/СЦПС-2014-173

Ван Еерд, Л.Л., Дебруйн, А.Х., Уеллетт, Л., Хукер, округ Колумбія, і Робінсон, D.E. 2018. Кількісне та якісне порівняння трьох методів стійкості вологого агрегату з використанням багаторічної системи обробітку ґрунту та експерименту з сівозміни. Може. Дж. грунтових наук 98:738—742. дої:10.1139/КСС-2018-0101.

Ван Ерд, Л.Л., Ю.Чжоу, А.Л. Тернбулл, Д.М. Джонстон-Монхе, Г.Лазаровіц, С.А. Ловен. (н.д.). Управління зниженням томатної лози за допомогою внесення змін до ґрунту та обробки пересадки: з'ясування впливу на врожайність плодів, якість та мікробні спільноти, пов'язані з рослинами. Канадський журнал рослинної науки. (У редакції: 10 серпня 2021 р.)

Уоллес, Б.М., Кржич, М., Фордж, Т.А., Броерсма, К., і Ньюман, Р.Ф. 2009. Біотверді речовини підвищують агрегацію ґрунту та захист вуглецю ґрунту через п'ять років після внесення на пасовищі пирію чубатий. Дж. Енвірон. Кваліфікація. 38:291—8. Я навколишнього середовища якості. doi:10.2134/jeq2007.0608.

Вілсон, К., ЗеБарт, Б.Дж., Гоєр, С., і Бертон, D.L. 2018. Вплив різноманітних продуктів компосту на хвороби картоплі, що передаються через ґрунт. Компост Sci. До 26:156—164. Тейлор і Френсіс. дої:10.1080/1065657x.2018.1432430.

Про авторів

Лаура Ван Еерд, професор, Школа екологічних наук Університету Гелф Ріджтаун Кампус

Лаура Ван Ерд (ліцензована за ліцензією CC BY-NC-ND)

Мета моєї дослідницької програми - покращити знання про циклічність азоту та вуглецю в сільськогосподарських системах. Я опублікував понад 50 рецензованих робіт (включаючи найкращу книгу року 2018 року в Канадському журналі рослинної науки), керував понад 20 аспірантами та отримав нагороду Pitblado Teaching Excellence Award. Моє дослідження сприяло розробці ключових політичних документів щодо здоров'я ґрунту та покривних культур. Як визнання мого впливу, я була названа однією з шести впливових жінок канадського сільського господарства у 2020 році.

Якою роботою ви займаєтеся? Як професор сталого управління ґрунтами, моя дослідницька програма зосереджена на розумінні того, як різні практики, які використовують фермери, впливають на їх ґрунт та врожай. Таким чином, моє дослідження об'єднує агрономію та ґрунтознавство. Я радий бути співвиконавчим директором Soils AT Guelph, ініціативи щодо сприяння знанню здоров'я ґрунтів шляхом об'єднання дослідників та фермерів. Як директор дослідницької програми Альянсу агропродовольчих інновацій Онтаріо, я очолюю тему управління ґрунтом та водою, переглядаючи та нагороджуючи дослідницькі проекти вартістю понад 1 мільйон доларів щорічно. У мене дуже корисна кар'єра, де кожен день може бути різним; від навчання до досліджень до служби розширення.

Чим ти любив займатися, коли був дитиною? Як дитина ферми, моя улюблена річ була досліджувати зовні. Ймовірно, чому я сьогодні вчений. Ми з молодшою сестрою хотіли б грати на полах, робити грязьові пироги, копати для дощових черв'яків або розбивати ґрунтові кірки. Пам'ятайте, дивуючись дивним зразкам згорнутого грунту, що призвело до того, що волога ділянка остаточно висохла. Мене зачаровувало, як один і той же грунт може бути таким різним; легкий і пухнастий після обробки грунту, губчастий після дощу, але пізніше в сезоні мають гігантські тріщини, коли вона була сухою. Просто думаючи про це повертає мене на поле за будинком на домашній фермі.

Кейт Андрійович Конгревс, доцент кафедри наук про рослини Університету Саскачевану

Kate Congreves (ліцензована за ліцензією CC BY-NC-ND)

Я асистент кафедри наук про рослини в Університеті Саскачевану. Я виріс на невеликій фермі в Онтаріо і продовжив, щоб отримати ступінь бакалавра біології та ступінь бакалавра в Університеті Королеви, потім PhD в галузі науки про земельні ресурси в Університеті Гвелфа. Я спеціалізуюся на екологічній агрономії та зосереджуюсь на циклічності поживних речовин та використанні поживних речовин, здоров'ї ґрунту та викидах парникових газів в агроекосистемах. Моя дослідницька програма полягає в розумінні механізмів, які регулюють перетворення поживних речовин та вуглецю, а також наслідки для екосистемних послуг ґрунту.

Якою роботою ви займаєтеся? Як професор екологічної агрономії, я досліджую практики землеробства, які покращують виробництво продуктів харчування екологічно чистим способом. Я розробляю експерименти та вимірюю циклічність поживних речовин, здоров'я ґрунту та викиди парникових газів з метою розуміння регенеративного сільського господарства. Я вдячний, що моя професія відбувається в різних умовах: на місцях, в лабораторії, в класі та в офісі - які об'єднуються, щоб принести сенс у вигляді розвитку студентів, відкриття, співпраці та впливу на промисловість та навколишнє середовище.

Як ви зацікавилися ґрунтознавством? Мій інтерес до ґрунтознавства сягає ранніх років, коли в дитинстві я садився з мамою. Ми б посадили майже кожен овоч, про який я можу придумати, і схильні до них все літо. Я пам'ятаю, як створювали мережі доріжок у ґрунті між рядами рослин, де ми з братом їздили на наших dinky автомобілів та вантажівках «Тонка». Грунт був великою частиною нашої гри! Ми пересували його, підштовхували його до коріння рослин, відвозили бур'яни та полювали на дощових черв'яків, які завжди з'являлися після дощу. Іноді ми розширювали наші доріжки до компостної купи назад, де наші гарбузи, здавалося, ростуть більш ненажерливо, ніж де-небудь ще. Занурений у той сад, де я почав думати про ґрунт, розглядати різні аспекти рослин та цінувати навколишнє середовище. Я вдячний за цей досвід і за те, що можу втілити його в свою кар'єру сьогодні.

Меліса Арканд, доцент кафедри ґрунтознавства Університету Саскачевану

Меліса Арканд (ліцензована за ліцензією CC BY-NC-ND)

Я ґрунтовий біогеохімік з науковими інтересами, зосередженими на циклічності поживних речовин, зберіганні вуглецю та здоров'ї ґрунту в агроекосистемах. Я виріс на фермі на озері Muskeg Lake Cree Nation в центральній частині Саскачевану, територія Договору 6, і отримав докторську ступінь з ґрунтознавства в Університеті Саскачевану, де я зараз займаюся дослідженнями та викладанням. Я є академічним радником для студентів у програмі Kanawayihetaytan Askiy, призначеної для навчання студентів роботі в галузі управління ресурсами та управління земельними ресурсами в корінних громадах по всій Канаді.

Якою роботою ви займаєтеся? Я отримую захоплюючі дослідження та брати участь у викладанні студентів ґрунтознавства, але я також тісно співпрацюю зі студентами корінних народів у галузі управління земельними ресурсами та ресурсами в громадах перших націй.

Що найцікавіше у вашій роботі? Найцікавіше в моїй роботі - це бачити, як студенти вперше захоплюються грунтом - зазвичай, коли ми в полі разом забруднюємо руки!

Який ваш улюблений грунт? Мій улюблений ґрунт - асоціація озера Блейн, яка представляє собою чорний чорнозем, розроблений на середньо-текстурованих материнських матеріалах - і є ґрунтом, який підтримував більшу частину ферми моєї родини.

Івонн Лоулі, доцент кафедри рослинництва Університету Манітоби

Івонн Лоулі (ліцензована за ліцензією CC BY-NC-ND)

Моєю областю досліджень є агрономія та сільськогосподарські системи з акцентом на посіви, включаючи сою, кукурудзу та пшеницю, а також низку практик управління ґрунтом від управління залишками, смугового обробітку ґрунту, до покриття посівів. Моє дослідження включає дослідження агрономії як на невеликих ділянках, так і на фермі. Мені подобається передавати результати своїх досліджень широкому колу аудиторій, включаючи фермерів, агрономів, вчених з різних дисциплін, і особливо в класах, де я викладаю в Університеті Манітоби.

Якою роботою ви займаєтеся? Як професор я щодня викладаю про рослинництво та управління ґрунтом. Це може бути у великому класі, малому класі, наставництво аспірантів, або надання презентації агрономам і фермерам. Я люблю свою роботу, тому що я також можу задавати нові питання і вчитися кожен день. Я працюю з аспірантами, щоб досліджувати нові способи вирощування продуктів харчування, які є надійними для фермерів, корисними для навколишнього середовища та здоровими для нас харчуватися. Моє дослідження розглядає шляхи покращення управління сільськогосподарськими та ґрунтовими культурами в канадських преріях. Фермерам доводиться приймати багато рішень про те, як вирощувати свій урожай. Деякі рішення, які ми розглядаємо в моєму дослідженні, включають: норми висіву, терміни сівби, внесення добрив, сівозміну, покривні культури та управління залишками. Я завжди радий розповісти фермерам про те, що ми дізналися з наших експериментів, і почути, які нові питання у них виникають щодо вирощування сільськогосподарських культур або управління ґрунтом на своїх фермах.

Чим ти любив займатися, коли був дитиною? Коли я був молодим, любив збирати речі з природи. У мене була рок-колекція. Я б підбирав палички скрізь, де б я їх знайшов. Я годинами знаходив жолуді під дубом перед моїм будинком. У саду було так багато різних видів квітів, листя та рослин. Коли я навчався в школі та університеті, я любив вчитися ідентифікувати, порівнювати та організовувати всі ці речі, які я знайшов у природі.

Керолайн Халде, професор, Департамент фітології Університету Лаваля

Керолайн Халд (ліцензована за ліцензією CC BY-NC-ND)

Я асистент кафедри агроекології в Université Laval в Квебеку, QC, Канада. Я виріс на органічній молочній фермі поблизу Монреаля, QC і отримав ступінь бакалавра агрономії в Університеті Лаваля, ступінь магістра сільського господарства в Університеті Далхаузі та ступінь доктора наук з рослинництва в Університеті Манітоби. Я закінчив докторантуру з екології рослин в Корнельському університеті, працюючи над боротьбою з бур'янами в системах органічного землеробства. Мої наукові інтереси є міждисциплінарними та включають агрономію, здоров'я ґрунтів, екологію бур'янів та покривні культури.

Якою роботою ви займаєтеся? Будучи професором університету, я наставлюю студентів у процесі навчання про сільське господарство. Я очолюю лабораторію агроекології в Université Laval, дослідницькою групою, яка досліджує вплив практики землеробства на здоров'я ґрунтів та рослинництво. Разом зі своєю командою я розробляю та проводжу польові та лабораторні експерименти для тестування інноваційних методів ведення сільського господарства у співпраці з фермерами. Я також викладаю екологічне землеробство для студентів та аспірантів. Нарешті, я працюю в ряді університетських комітетів, виконуючи різноманітні адміністративні обов'язки.

Який ваш улюблений грунт? Мій улюблений грунт - Сент-Розалія, ортичний гуміновий Глейзол, знайдений у долині Святого Лаврентія в Квебеку, Канада. Цей Глейсол отриманий з морських родовищ, накопичених за часів Шамплейн моря. Це добре структурований грунт, з дуже дрібною глиною, погано дренованої і багатим органічними речовинами в поверхневому горизонті. При осушенні грунту з серії Сент-Розалі дуже родючі. Це 3-я серія ґрунтів за важливістю серед ґрунтів, нанесених на карту в Квебеку. Ґрунт Сент-Розалі, присутній на моїй сімейній фермі на півдні КК, вирощується моїми предками більше 200 років.