Покровная культура -Cover crop

В сельском хозяйстве покровные культуры – это растения, которые сажают для покрытия почвы, а не для сбора урожая . Покровные культуры управляют эрозией почвы , плодородием почвы, качеством почвы, водой, сорняками , вредителями , болезнями, биоразнообразием и дикой природой в агроэкосистеме — экологической системе, управляемой и формируемой людьми. Покровные культуры могут быть внесезонными культурами, высаживаемыми после сбора товарной культуры . Они могут вырасти за зиму.

Эрозия почвы

Хотя покровные культуры могут одновременно выполнять несколько функций в агроэкосистеме, их часто выращивают с единственной целью предотвращения эрозии почвы . Эрозия почвы – это процесс, который может непоправимо снизить продуктивную способность агроэкосистемы. Покровные культуры уменьшают потерю почвы за счет улучшения структуры почвы и увеличения инфильтрации, защиты поверхности почвы, рассеивания энергии дождевых капель и уменьшения скорости движения воды по поверхности почвы. Густые насаждения покровных культур физически замедляют скорость дождя до того, как он соприкоснется с поверхностью почвы, предотвращая разбрызгивание почвы и эрозионный поверхностный сток . Кроме того, обширные корневые сети покровных культур помогают закреплять почву на месте и повышают пористость почвы, создавая подходящие сети среды обитания для почвенной макрофауны. Это сохраняет обогащение почвы хорошим в течение следующих нескольких лет.

Управление плодородием почвы

Одним из основных направлений использования покровных культур является повышение плодородия почвы. Эти виды покровных культур называются « сидераты ». Они используются для управления рядом макроэлементов и микроэлементов в почве . Из различных питательных веществ влияние покровных культур на управление азотом привлекло наибольшее внимание исследователей и фермеров, потому что азот часто является наиболее ограничивающим питательным веществом в растениеводстве.

Часто сидеральные культуры выращивают в течение определенного периода, а затем вспахивают до достижения полной зрелости для повышения плодородия и качества почвы. Оставшиеся стебли блокируют эрозию почвы.

Зеленые культуры обычно являются бобовыми , то есть они являются частью семейства гороховых, Fabaceae . Это семейство уникально тем, что все виды в нем завязывают стручки, такие как фасоль, чечевица, люпин и люцерна . Бобовые покровные культуры обычно богаты азотом и часто могут обеспечить необходимое количество азота для растениеводства. В традиционном сельском хозяйстве этот азот обычно применяется в виде химических удобрений. Это качество покровных культур называется стоимостью замещения удобрений.

Еще одно качество, уникальное для бобовых покровных культур, заключается в том, что они образуют симбиотические отношения с ризобиальными бактериями, обитающими в корневых клубеньках бобовых. Люпины формируются почвенными микроорганизмами Bradyrhizobium sp. (Люпин). Bradyrhizobia встречаются в качестве микросимбионтов у других бобовых культур ( Argyrolobium , Lotus , Ornithopus , Acacia , Lupinus ) средиземноморского происхождения. Эти бактерии превращают биологически недоступный атмосферный газообразный азот ( N
2
) до биологически доступного аммония ( NH+
4
) через процесс биологической азотфиксации .

До появления процесса Габера-Боша , энергоемкого метода, разработанного для промышленной фиксации азота и создания химических азотных удобрений, большая часть азота, поступающего в экосистемы, появлялась в результате биологической фиксации азота. Некоторые ученые считают, что широко распространенная биологическая фиксация азота, достигаемая в основном за счет использования покровных культур, является единственной альтернативой промышленной фиксации азота в попытке сохранить или увеличить будущие уровни производства продуктов питания. Промышленная фиксация азота подвергалась критике как неустойчивый источник азота для производства продуктов питания из-за его зависимости от энергии ископаемого топлива и воздействия на окружающую среду, связанного с использованием химических азотных удобрений в сельском хозяйстве. Такие широко распространенные воздействия на окружающую среду включают попадание азотных удобрений в водные пути, что может привести к эвтрофикации (нагрузке питательными веществами) и последующей гипоксии (истощению кислорода) больших водоемов.

Примером этого является бассейн долины Миссисипи, где годы поступления азотных удобрений в водосборный бассейн в результате сельскохозяйственного производства привели к ежегодной летней гипоксической «мертвой зоне» у Мексиканского залива , площадь которой в 2017 году достигла площади более 22 000 квадратных километров. Как следствие, экологическая сложность морской жизни в этой зоне снижается.

Помимо внесения азота в агроэкосистемы посредством биологической фиксации азота, типы покровных культур, известные как промежуточные культуры , используются для удержания и повторного использования уже присутствующего в почве азота. Промежуточные культуры поглощают избыток азота, оставшийся от удобрения предыдущего урожая, предотвращая его потерю в результате выщелачивания , газообразной денитрификации или улетучивания .

Промежуточные культуры, как правило, представляют собой быстрорастущие однолетние виды злаков, приспособленные к эффективному поглощению доступного азота из почвы. Азот, зафиксированный в биомассе промежуточных культур, высвобождается обратно в почву, как только промежуточная культура используется в качестве сидерального удобрения или иным образом начинает разлагаться.

Пример использования сидеральных удобрений исходит из Нигерии, где было обнаружено, что покровная культура Mucuna pruriens (бархатные бобы) увеличивает доступность фосфора в почве после внесения фермером каменного фосфата.

Управление качеством почвы

Покровные культуры также могут улучшить качество почвы за счет увеличения уровня органического вещества в почве за счет поступления биомассы покровных культур с течением времени. Увеличение органического вещества почвы улучшает структуру почвы , а также способность почвы удерживать воду и питательные вещества и буферную способность. Это также может привести к увеличению связывания углерода в почве , что продвигается как стратегия, помогающая компенсировать повышение уровня углекислого газа в атмосфере.

Качество почвы регулируется для создания оптимальных условий для процветания сельскохозяйственных культур. Основными факторами качества почвы являются засоление почвы , рН , баланс микроорганизмов и предотвращение загрязнения почвы .

Управление водными ресурсами

Снижая эрозию почвы, покровные культуры часто также снижают как скорость, так и количество воды, стекающей с поля, что обычно создает экологические риски для водных путей и экосистем ниже по течению. Биомасса покровных культур действует как физический барьер между дождевыми осадками и поверхностью почвы, позволяя дождевым каплям неуклонно просачиваться сквозь почвенный профиль. Кроме того, как указано выше, рост корней покровных культур приводит к образованию пор в почве, которые в дополнение к улучшению среды обитания почвенной макрофауны обеспечивают пути для фильтрации воды через почвенный профиль, а не стекания с поля в виде поверхностного стока. С увеличением инфильтрации воды можно улучшить потенциал хранения почвенной воды и пополнения водоносных горизонтов.

Непосредственно перед уничтожением покровных культур (такими методами, как скашивание, обработка почвы, дискование, прикатывание или применение гербицидов) они содержат большое количество влаги. Когда покровная культура заделывается в почву или остается на поверхности почвы, она часто увеличивает влажность почвы. В агроэкосистемах, где не хватает воды для выращивания сельскохозяйственных культур, покровные культуры можно использовать в качестве мульчи для сохранения воды путем затенения и охлаждения поверхности почвы. Это уменьшает испарение влаги из почвы. В других ситуациях фермеры стараются как можно быстрее высушить почву перед посевным сезоном. Здесь длительное сохранение влаги в почве может быть проблематичным.

В то время как покровные культуры могут помочь сохранить воду, в регионах с умеренным климатом (особенно в годы с количеством осадков ниже среднего) они могут истощать запасы влаги в почве весной, особенно при хороших климатических условиях выращивания. В этих случаях непосредственно перед посадкой сельскохозяйственных культур фермеры часто сталкиваются с выбором между преимуществами увеличения роста покровных культур и недостатками пониженной влажности почвы для производства товарных культур в этом сезоне. Отношение углерода к азоту сбалансировано с этим приложением.

Борьба с сорняками

Покровная культура в Южной Дакоте

Густые насаждения покровных культур часто хорошо конкурируют с сорняками в период роста покровных культур и могут препятствовать завершению жизненного цикла и размножению большинства проросших семян сорняков. Если покровная культура расплющивается на поверхности почвы, а не вносится в почву в качестве сидерата после прекращения ее роста, она может образовать почти непроницаемый коврик. Это резко снижает пропускание света к семенам сорняков, что во многих случаях снижает скорость прорастания семян сорняков. Кроме того, даже когда семена сорняков прорастают, у них часто заканчивается запас энергии для роста, прежде чем они приобретут необходимую структурную способность, чтобы прорваться через слой мульчи покровных культур. Это часто называют эффектом подавления покровных культур .

Некоторые покровные культуры подавляют сорняки как в период роста, так и после отмирания. Во время роста эти покровные культуры энергично конкурируют с сорняками за доступное пространство, свет и питательные вещества, а после гибели они подавляют следующий поток сорняков, образуя мульчирующий слой на поверхности почвы. Например, исследователи обнаружили, что при использовании Melilotus officinalis (донника желтого) в качестве покровной культуры в системе улучшенного пара (где срок хранения намеренно улучшается за счет различных методов управления, включая посадку покровных культур), биомасса сорняков составляли от 1 до 12% от общей биомассы на корню в конце вегетационного периода покровных культур. Кроме того, после прекращения покровной культуры остатки донника желтого подавляли рост сорняков до уровней на 75–97% ниже, чем в системах с паром (без желтого донника).

Покровная культура почвообрабатывающей редьки в начале ноября

В дополнение к основанному на конкуренции или физическому подавлению сорняков, известно, что некоторые покровные культуры подавляют сорняки посредством аллелопатии . Это происходит, когда разлагаются некоторые биохимические соединения покровных культур, которые оказываются токсичными или подавляют прорастание семян других видов растений. Некоторыми хорошо известными примерами аллелопатических покровных культур являются Secale злаковый (рожь), Vicia villosa (волосатая вика), Trifolium pratense (красный клевер), Sorghum bicolor (сорго-суданская трава) и виды семейства Brassicaceae , особенно горчицы . В одном исследовании было обнаружено, что остатки ржаных покровных культур обеспечивают от 80% до 95% борьбы с ранними широколиственными сорняками при использовании в качестве мульчи при выращивании различных товарных культур, таких как соя , табак , кукуруза и подсолнечник .

В исследовании 2010 года, опубликованном Службой сельскохозяйственных исследований (ARS), ученые изучили, как нормы высева и способы посадки ржи влияют на производство покровных культур. Результаты показывают, что посадка большего количества ржи на акр увеличила урожайность покровной культуры, а также уменьшила количество сорняков. То же самое было верно, когда ученые проверили норму высева бобовых культур и овса; более высокая плотность посева семян на акр уменьшила количество сорняков и увеличила урожай бобовых и овса. Схемы посадки, которые состояли либо из традиционных рядов, либо из сеток, по-видимому, не оказывали существенного влияния на урожайность покровных культур или на рост сорняков в любой из покровных культур. Ученые ARS пришли к выводу, что увеличение нормы высева может быть эффективным методом борьбы с сорняками.

Лечение заболеваний

Точно так же, как аллелопатические свойства покровных культур могут подавлять сорняки, они также могут нарушать циклы болезней и сокращать популяции бактериальных и грибковых заболеваний и паразитических нематод. Было широко показано, что виды семейства Brassicaceae , такие как горчица, подавляют популяции грибковых заболеваний за счет высвобождения встречающихся в природе токсичных химических веществ во время деградации соединений глюкозиноладов в тканях их растительных клеток.

Борьба с вредителями

Некоторые покровные культуры используются в качестве так называемых «культур-ловушек», чтобы отвлечь вредителей от ценной культуры к тому, что вредитель считает более благоприятной средой обитания. Участки ловушек могут быть установлены внутри посевов, ферм или ландшафтов. Во многих случаях ловушка выращивается в тот же сезон, что и выращиваемая продовольственная культура. Ограниченную площадь, занятую этими культурами-ловушками, можно обработать пестицидом, как только вредители попадут в ловушку в достаточном количестве, чтобы уменьшить популяцию вредителей. В некоторых органических системах фермеры передвигают ловушку с большим вакуумным орудием , чтобы физически вытащить вредителей с растений и с поля. Эта система была рекомендована для использования для борьбы с лигусом при выращивании органической клубники. Другим примером культур-ловушек являются устойчивые к нематодам белая горчица ( Sinapis alba ) и редис ( Raphanus sativus ) . Их можно выращивать после основных (зерновых) культур и нематод-ловушек, например, свекловичной нематоды и колумбийской галловой нематоды. При выращивании нематоды вылупляются и притягиваются к корням. После попадания в корни они не могут размножаться в корне из-за сверхчувствительной реакции устойчивости растения. Следовательно, популяция нематод значительно сокращается, на 70–99%, в зависимости от вида и времени культивирования.

Другие покровные культуры используются для привлечения естественных хищников вредителей путем имитации элементов их среды обитания. Это форма биологического контроля , известная как увеличение среды обитания, но достигаемая с использованием покровных культур. Выводы о взаимосвязи между присутствием покровных культур и динамикой популяций хищников и вредителей неоднозначны, что свидетельствует о необходимости получения подробной информации о конкретных типах покровных культур и методах управления, чтобы наилучшим образом дополнить данную комплексную стратегию борьбы с вредителями . Например, известно, что клещ-хищник Euseius tularensis (Congdon) помогает бороться с вредителями цитрусовых трипсов в цитрусовых садах Центральной Калифорнии. Исследователи обнаружили, что посадка нескольких различных бобовых покровных культур (таких как фасоль, вика мохнатая, новозеландский белый клевер и австрийский озимый горох) обеспечивает достаточное количество пыльцы в качестве источника питания, чтобы вызвать сезонный рост популяций E. tularensis , который с удачный выбор времени потенциально может привести к достаточному хищническому давлению, чтобы сократить популяцию вредителей цитрусовых трипсов.

Разнообразие и дикая природа

Хотя покровные культуры обычно используются для достижения одной из вышеперечисленных целей, они часто одновременно улучшают среду обитания диких животных на ферме. Использование покровных культур добавляет к товарному севообороту как минимум еще одно измерение разнообразия растений. Поскольку покровная культура, как правило, не является ценной культурой, управление ею обычно менее интенсивно, что обеспечивает возможность «мягкого» влияния человека на ферму. Это относительно «невмешательное» управление в сочетании с повышенной неоднородностью на ферме, вызванной созданием покровных культур, увеличивает вероятность того, что будет развиваться более сложная трофическая структура для поддержания более высокого уровня разнообразия диких животных.

В одном исследовании исследователи сравнили состав видов членистоногих и певчих птиц и их использование в полях на хлопковых полях с традиционной и покровной культурой на юге Соединенных Штатов. Хлопковые поля с покровными культурами были засеяны клевером, который оставляли расти между рядами хлопчатника в начале вегетационного периода хлопчатника (полосное покрытие). В период миграции и размножения они обнаружили, что плотность певчих птиц была в 7–20 раз выше на хлопковых полях с интегрированным клеверным покровом, чем на обычных хлопковых полях. Численность членистоногих и биомасса также были выше на полях, покрытых клевером, на протяжении большей части сезона размножения певчих птиц, что было связано с увеличением поступления цветочного нектара от клевера. Покровная культура клевера расширила среду обитания певчих птиц, обеспечив укрытие и места для гнездования, а также увеличила источник пищи из высших популяций членистоногих.

Смотрите также

использованная литература

дальнейшее чтение

  • Национальное САРЭ. Тема: Покровные культуры. [1]
  • Совет по покровным культурам Среднего Запада. [2] Ресурсы для производителей, исследователей и преподавателей.
  • Кларк, Энди, изд. (2007). Выгодное управление покровными культурами (PDF) (3-е изд.). Белтсвилл, Мэриленд: Сеть устойчивого сельского хозяйства.
  • Гиллер, К.Е.; Кадиш, Г. (1995). «Будущие преимущества биологической фиксации азота: экологический подход к сельскому хозяйству». Растение и почва (Исторический архив) . 174 (1–2): 255–277. дои : 10.1007/bf00032251 . S2CID  24604997 .
  • Хартвиг, Нидерланды; Аммон, HU (2002). «50 лет - Приглашенная статья - Покровные культуры и живая мульча» . Наука о сорняках . 50 (6): 688–699. doi : 10.1614/0043-1745(2002)050[0688:aiacca]2.0.co;2 .
  • Хилл, ЕС; Нгуахио, М .; Наир, MG (2006). «Дифференциальная реакция сорняков и овощных культур на водные экстракты мохнатой вики и вигны». HortSci . 31 (3): 695–700. doi : 10.21273/HORTSCI.41.3.695 .
  • Лу, ЮК; Уоткинс, КБ; Тисдейл, младший; Абдул-Баки, АА (2000). «Покровные культуры в устойчивом производстве продуктов питания». Международные обзоры продуктов питания . 16 (2): 121–157. doi : 10.1081/пт-100100285 . S2CID  28356685 .
  • Снапп, СС; Суинтон, С.М.; Лабарта, Р.; Матч, Д.; Блэк, младший; Лип, Р .; Ньиранеза, Дж.; О'Нил, К. (2005). «Оценка покровных культур с точки зрения выгод, затрат и производительности в нишах системы растениеводства». Агрон. Дж . 97 : 1–11. doi : 10.2134/agronj2005.0322a .
  • Томсен, И. К.; Кристенсен, БТ (1999). «Азотосберегающий потенциал последовательных промежуточных культур райграса в непрерывном яровом ячмене». Использование и управление почвой . 15 (3): 195–200. doi : 10.1111/j.1475-2743.1999.tb00088.x .

внешние ссылки

  • [3] «Покровные культуры», Циклопедия американского сельского хозяйства , т. 2, изд. Л. Х. Бейли (1911). Краткая энциклопедическая статья, ранний первоисточник о сортах и ​​использовании покровных культур.