Вченим може знадобитися час, щоб отримати нові знання про біологічні процеси, особливо якщо ці процеси відбуваються протягом багатьох років.
Дослідники з Північно-Центральної сільськогосподарської науково-дослідної лабораторії Міністерства сільського господарства США поблизу Брукінгса, штат Південна Дакота, вирахували цей час – фактично десятиліття. Завдяки їхній роботі фермери тепер мають більш достовірну інформацію для використання при плануванні своїх сівозмін.
Експеримент альтернативної ротації, що триває, проводиться на дослідницькій фермі ґрунту та води Східної Південної Дакоти з 2000 року.
«Ми оцінюємо кілька чотирирічних сівозмін і порівнюємо їх із дворічною сівозміною кукурудза-соя», — сказав агроном-дослідник USDA-ARS Шеннон Осборн.
Осборн сказав, що чотирирічні сівозміни включають комбінації кукурудзи, сої, ярої пшениці, озимої пшениці, вівса, польового гороху та соняшнику. На всіх ділянках ведеться нульовий обробіток.
Цей експеримент дав деякі вражаючі дані, які вказують на те, що різноманітні сівозміни мають кілька переваг перед звичайною дворічною сівозміною кукурудзи та сої.
Збільшення врожайності кукурудзи та сої
«По мірі того, як ми пройшли, ми спочатку почали спостерігати покращення врожайності сої», — сказав Осборн. «Тож, мабуть, приблизно через п’ять-шість років ми побачили, що ми могли підвищити врожайність сої приблизно на 25%, якщо сою вирощувати в сівозміні після дрібного зерна порівняно з кукурудзою».
Згодом дослідники також почали спостерігати підвищення врожайності кукурудзи, коли її вирощують у сівозміні з іншими культурами.
«Після того, як ми пробули в сівозміні щонайменше від 12 до 16 років, ми спостерігаємо покращення врожайності кукурудзи, коли кукурудза вирощується в сівозміні з озимою пшеницею та горохом, особливо коли кукурудза йде одразу після гороху, – сказав Осборн.
Знижений ризик
Наявність даних за понад 20 років дозволяє дослідникам робити висновки, які були б нездійсненними в короткострокових експериментах. Один із цих висновків, сказав Осборн, полягає в тому, що чотирирічні сівозміни можуть бути такими ж продуктивними – з точки зору загальної врожайності для всіх культур у сівозміні – як сівозміна кукурудза-соя, але при цьому вони менш чутливі до екстремальних погодних умов.
«Таке чотирирічне чергування є менш ризикованим для навколишнього середовища», — сказав Осборн. «Він такий же продуктивний, але набагато більш стійкий до змін умов навколишнього середовища, що ми бачимо останні кілька років. У нас є ці підйоми і падіння погоди, температури та кількості опадів».
Дослідники USDA-ARS також працювали з економістами з Університету штату Південна Дакота, щоб оцінити економіку різних сівозмін, включаючи ціни на врожай і витрати на виробництво. Вони визначили, що деякі чотирирічні ротації мають вищий коефіцієнт користі та витрат. Осборн сказав, що це сталося через зниження вхідних витрат на сівозміну, яка включає дві бобові культури, які додають азот у ґрунт.
Покращена біологічна активність ґрунту та зменшення ерозії
«Ми бачимо, коли ми маємо диверсифіковану ротацію порівняно з дворічною ротацією, ми маємо збільшення короткострокової мінералізації вуглецю», – сказав Осборн. «Тож це вказує на більшу мікробну активність, більше речей, що відбуваються в цьому ґрунті, є більш активними під час цієї чотирирічної сівозміни порівняно з дворічною сівозміною кукурудза-соя».
Підвищена біологічна активність веде до здоровішого, стабільнішого ґрунту, який забезпечує більш ефективний кругообіг поживних речовин і зменшує ерозію.
Осборн сказав, що під час чотирирічного сівозміни «ви отримуєте більше ґрунтів у більших агрегатах або більш стабільних агрегатах, які менш сприйнятливі до вітрової ерозії». У дворічній сівозміні кукурудзи та сої, за її словами, «ці агрегати менш стабільні та більш схильні до руйнування, що призводить до більшої чутливості до вітрової та водної ерозії».
Інші переваги
Осборн сказав, що різноманітні ротації показали інші переваги.
«Ми виявили, що в цих різноманітних сівозмінах накопичується більше вуглецю, утворюється більше органічної речовини в ґрунті», – сказала вона. Збільшення вмісту органічної речовини в ґрунті пов’язане зі збільшенням проникнення води та її накопичувальної здатності, що допомагає культурам бути більш стійкими під час посухи.
Осборн сказав, що ґрунти в різноманітних сівозмінах також демонструють зниження викидів парникових газів, збільшення кількості мікоризних грибів і покращену стійкість рослин до хвороб.
Застосування на практиці
Марвін Шумахер, який обробляє ферми приблизно в 15 милях на північ від П’єра, знає про переваги різноманітних сівозмін. З середини 1990-х років на його підприємстві використовується технологія no-till, і він вирощує овес, яру пшеницю, озиму пшеницю, кукурудзу, мило, соняшник, горох, просо та покривні культури.
«У нас є різні ротації залежно від того, що ми робимо. На посушливих землях ми будемо вирощувати овес, потім озиму пшеницю, а потім ми будемо вирощувати кукурудзу, а на деяких з них ми будемо продовжувати мило. А потім ми займемося широколистим, або соняшником, або горохом, або сою», — сказав Шумахер. «Що стосується зрошуваних земель, ми дещо змінили ситуацію, але зараз ми вирощуємо дві кукурудзи, а потім сою, а потім яру пшеницю. А після ярої пшениці багато разів будемо вносити покривний посів».
Шумахер використовує різноманітні ротації з кількох причин, однією з яких є зменшення потреби в хімічних введеннях. Він вважає, що відсутність різноманітності в сівозмінах є причиною стійкості бур’янів до гербіцидів і комах-шкідників до пестицидів. Він пояснює, що його різноманітні сівозміни покращують контроль над бур’янами завдяки пожнивним решткам і зменшують проблеми з комахами. «Ми майже ніколи не використовуємо інсектициди», — сказав він.
Шумахер також зазначає, що він бачив покращену стійкість до хвороб. Він сказав, що, хоча він використовує фунгіциди на пшениці, «ми нічого не робимо на кукурудзі, сої чи будь-чому подібному, тому що ми дійсно не бачили жодної користі від цього».
Різноманітність сільськогосподарських культур допомогла розвантажити Шумахера. «Ви не можете перемогти той факт, що у вас є різноманітні культури, тому що ви можете зробити набагато більше», – сказав він. «У вас різні сезони, і різні речі потрібно робити в різні сезони».
Основною причиною, чому Шумахер використовує різноманітні сівозміни, є покращення стану ґрунту. «Ви змінюєте пожнивні залишки, і ви змінюєте свою кореневу систему або руйнуєте інші кореневі структури», – сказав він. «Це стимулює різні мікроорганізми, тому ви отримуєте більш різноманітну, здоровішу структуру».
Шумахер сказав, що помітив покращення структури ґрунту. «Ми спостерігаємо набагато менше засипання ґрунту», – сказав він. «Ви йдете туди і викопуєте землю, дощові черв’яки там скрізь. Я маю на увазі, що дивовижно, яка активність відбувається в ґрунті через ротацію».
За словами Шумахера, головною перевагою покращеного стану ґрунту є збереження вологи. «Ви не так сильно покладаєтеся на наступний дощ», — сказав він. «Ґрунт довше збереже вологу». Він знає, що це працює, бо бачить різницю на своїй зрошуваній землі. “Я вважаю, що ми скоротили воду на 30 відсотків”, – сказав він. «Я думаю, що це справді безпрограшний варіант, загалом».
Вибір ротації
Виробникам, які думають про додавання різноманітності до своїх сівозмін, доведеться ретельно продумати потреби своїх окремих операцій та ресурси, які їм доступні.
«Знаєте, я здебільшого зосереджений на органічних речовинах ґрунту», — сказав Шумахер. «Отже, ми намагаємося створити органіку. Ви робите це з вуглецем, і тому мої сівозміни, як правило, значною мірою схиляються до кукурудзи та трав, а не до широколистяних”. Він розповів, що ще використовує широколистяні культури, але вони рідше з’являються в сівозміні.
«Найкраща ротація залежить від вашої виробничої системи, того, що у вас відбувається, які у вас обставини», — сказав Осборн. «Якщо ви виробник, який хоче знизити витрати на добрива, то сівозміни, де ми маємо кукурудзу, сою, дрібне зерно та горох, дуже корисні, коли у вас є ці дві бобові культури, оскільки вони забезпечують більше азоту. Якщо ви просто хочете отримати більший ріст коренів, постійно більше коренів, більшу врожайність сої, озимої пшениці та особливо там, де є овес у цій сівозміні».
Можливість продавати або використовувати кожну культуру в сівозміні також впливатиме на рішення виробників, сказав Осборн. Вона сказала, що сівозміна кукурудзи, вівса, озимої пшениці та сої буде легкою для багатьох виробників спочатку.
«Якщо це виробник, який виробляє лише традиційну кукурудзу-соєві боби, я б заохотив їх включити дрібне зерно для початку та продовжити далі», — сказав Осборн. «Нехай один рік не збентежить вас, і не ставте його на найгіршу землю і не думайте, що він раптово покращить її. Ви будуєте систему і намагаєтеся змусити цю систему працювати разом. І тому потрібен час, щоб це зробити, щоб організми отримали ці петлі зворотного зв’язку та все, щоб працювати разом».