Rodnost půdy: Zvyšování výnosů plodin pomocí jaderných technik | MAAE

Úrodnost půdy je její schopnost podporovat růst rostlin a optimalizovat výnosy plodin. Tuto vlastnost lze zlepšit přidáním organických a anorganických hnojiv do půdy. Údaje získané pomocí jaderných technik mohou zlepšit úrodnost půdy a výnosy plodin s minimálním dopadem na životní prostředí.

Podpora potravinové bezpečnosti a udržitelnosti životního prostředí v zemědělských systémech vyžaduje integrovaný přístup k řízení úrodnosti půdy, který pomáhá zvýšit produkci plodin a zároveň minimalizovat extrakci půdních živin a zhoršování fyzikálních a chemických vlastností půdy, což může vést k degradaci půdy a včetně půdní eroze. Takové postupy řízení úrodnosti půdy zahrnují používání hnojiv a organické hmoty, střídání plodin s luštěninami a používání vylepšené zárodečné plazmy a vyžadují znalosti, jak tyto postupy přizpůsobit místním podmínkám.

Společná divize FAO/IAEA pomáhá členským státům při vývoji a zavádění technologií založených na jaderné energii k optimalizaci postupů úrodnosti půdy, čímž podporuje intenzivnější produkci plodin a zachování přírodních zdrojů.

Jiné přístupy k účinnému zvyšování úrodnosti půdy

Integrovaný management úrodnosti půdy má za cíl zvýšit efektivitu využívání živin v zemědělství a zvýšit produktivitu plodin. Toho lze dosáhnout použitím luštěnin, které zlepšují úrodnost půdy prostřednictvím biologické fixace dusíku, a používáním chemických hnojiv.

Ať už se pěstují na zrno, jako zelené hnojení, na pastvu nebo jako výsadby pro agrolesnické systémy, hlavní hodnota luskovin spočívá v jejich schopnosti vázat atmosférický dusík, což může snížit používání komerčních dusíkatých hnojiv a zvýšit úrodnost půdy. Luštěniny se schopností fixovat dusík jsou základem pro udržitelné systémy hospodaření, které využívají integrované hospodaření s živinami. Aplikace N-15 umožňuje posouzení dynamiky a interakcí mezi různými zdroji v zemědělských systémech, včetně fixace dusíku luštěninami a využití dusíku v půdě a hnojiva plodinami, a to jak v monokulturách, tak v systémech smíšených plodin.

Úrodnost půdy lze dále zlepšit začleněním krycích plodin, které přidávají do půdy organickou hmotu, což vede ke zlepšení struktury půdy a pomáhá vytvářet zdravou, úrodnou půdu; používání zeleného hnojení nebo pěstování luštěnin k fixaci dusíku ze vzduchu v procesu biologické fixace; aplikací mikrodávek hnojiv k doplnění ztrát způsobených absorpcí rostlinami a dalšími procesy; a snížením ztrát vyluhováním pod kořenovou zónou pomocí kvalitnější vody a živin.

Jak jaderné a izotopové metody pomáhají

Izotopy dusíku-15 a fosforu-32 se používají ke sledování obratu značených dusíkatých a fosforečných hnojiv v půdě, plodinách a vodě a poskytují kvantitativní údaje o účinnosti použití, cyklech, reziduálních účincích a transformaci těchto hnojiv. Tyto informace jsou cenné při vývoji vylepšených strategií aplikace hnojiv. Techniky izotopů dusíku-15 se také používají ke kvantifikaci množství dusíku fixovaného z atmosféry prostřednictvím biologické fixace v luštěninách.

Izotop uhlíku-13 pomáhá kvantitativně studovat využití zbytků plodin ke stabilizaci půdy a zlepšení úrodnosti půdy. Technika také umožňuje vyhodnotit účinky ochranářských opatření, například vliv využití rostlinných zbytků na vlhkost a kvalitu půdy. Tyto informace umožňují identifikovat původ a relativní podíl různých druhů plodin na organické hmotě půdy.

Zachování a reprodukce úrodnosti různých typů půd jsou důležitou podmínkou efektivního a udržitelného rozvoje agroprůmyslového komplexu a stability zemědělské výroby. Degradace půdy v Rusku je jasně viditelná prakticky ve všech regionech, poznamenala Nina Masyutenko, doktorka zemědělských věd, profesorka, hlavní výzkumná pracovnice Laboratoře zemědělských půdních věd Federálního agrárního výzkumného centra Kursk během webináře organizovaného na platformě „Own Farming“ . Specialista podrobně hovořil o důvodech, které přispívají ke snížení úrodnosti půdy, o hlavních aspektech zaměřených na zlepšení agrochemických, agrofyzikálních a biologických vlastností půd, o významu organických hnojiv, o rostlinných zbytcích, které jsou základem zvyšování hladiny humusu a zlepšují kvalita půdy.

Úrodnost půdy je schopnost půdy uspokojovat potřeby rostlin a poskytovat podmínky pro jejich normální život, včetně:

• dostatečné množství živin v mobilní formě;
• možnost jejich přeměny na půdní rezervu a zpět;
• vodní, vzduchové a tepelné režimy;
• odolnost vůči nepříznivým faktorům, potlačování, ukládání do vyrovnávací paměti;
• vhodnost pro použití moderních technologií pěstování plodin.

Půdní supresivita je schopnost půdy omezovat přežívání a parazitickou aktivitu půdních fytopatogenů a jiných škodlivých organismů, daná souhrnem biologických, fyzikálně-chemických, fyzikálních a agrochemických vlastností půdy.

Allot přirozená (potenciální) plodnost и efektivní (přírodně-antropogenní) plodnost.

Přirozená (potenciální úrodnost) je vlastní každé půdě, vzniká v procesu vývoje půdy pod vlivem přirozených půdotvorných faktorů a je určena:

• tloušťka humusového horizontu;
• obsah humusu;
• zásoby živin;
• intenzita mikrobiologických procesů;
• přirozené vodní, vzdušné a tepelné režimy půdy.

Efektivní (přírodně-antropogenní) úrodnost – ta část potenciální úrodnosti, která se za konkrétních podmínek realizuje, závisí na způsobu a stupni její mobilizace při využívání půdy (kultivace, aplikace hnojiv, rekultivace, pěstované rostliny apod.) a na účinnost dodatečně zavedených faktorů růstu a vývoje rostlin se posuzuje podle výsledného výnosu plodiny. Pokud je potenciální úrodnost půdy vysoká, efektivní může být malá a naopak, Při současné úrovni zemědělské techniky je možné zajistit vysokou efektivní úrodnost – vysoký výnos na půdách s nízkou přirozenou úrodností.

Ukazatele plodnosti ve většině případů spolu souvisí. Některé z nich jsou zásadní, určující stav všech půdních procesů.

Američtí vědci definují kvalitu půdy jako soubor fyzikálních, chemických a biologických vlastností, které poskytují prostředí pro růst rostlin a rozklad škodlivých látek.

Ukázal to výzkum Federální státní rozpočtové instituce “Kursk FATS”. vysoký vztah mezi ukazateli půdní úrodnosti typické černozemě a výnosem ozimé pšenice. Byly studovány tři skupiny ukazatelů: ukazatele humusového stavu půdy (ukazatele organické hmoty), agrochemické, agrofyzikální a biologické ukazatele půdy.

Během studie vědci dospěli k závěru, že výnos ozimé pšenice je velmi silně ovlivněn mobilními humusovými látkami, pHsolem a hustotou půdy. Velký vliv má suma výměnných zásad, mobilních huminových kyselin, mobilního fosforu a humusu.

Degradace půdy – metla XNUMX. století

Kromě toho vědci určili vztah mezi ukazateli úrodnosti půdy a ukazateli kvality ozimé pšenice.

Vědci také zkoumali cyklus souvislostí a vliv ozimé pšenice na další ukazatel kvality zrna – lepek. Velmi vysokou souvislost a vliv na obsah lepku v zrnu pšenice ozimé měl obsah mobilního fosforu, mobilních huminových látek, biologická aktivita půdy, suma výměnných vápenatých zásad, mobilních huminových kyselin atd.

Úrodnost půdy není jediným faktorem sklizně, kromě ní jsou výnosy plodin ovlivněny biologickými vlastnostmi rostlin, klimatem, zemědělskou technologií atd. Nicméně za jinak stejných okolností je to plodnost, která bude určovat produktivitu plodin.

Současný stav úrodnosti půdy: problémy a prognózy

Je známo, že na většině půd v Rusku dochází k poklesu obsahu humusu, ke zhoršení jeho kvality, dochází k procesu odvlhčování a k negativní bilanci humusu v půdách.

V důsledku toho je v procesu zemědělského využití v černozemních orných půdách střední černozemské oblasti ve srovnání s panenskými půdami pozorován pokles:

• obsah humusu o 25-50%;
• mobilní huminové látky o 30-50%;
• nezvlhčené organické hmoty 2-4,5krát, v závislosti na stupni eroze a umístění v reliéfu.

Příčiny úbytku humusu v půdách a zhoršení jeho kvality

Nedostatečný přísun čerstvé organické hmoty do půdy

Jestliže se v 90. letech průměrně aplikovalo cca 3,5-4 t/ha organických hnojiv na hektar orné půdy, nyní aplikujeme 0,4-0,5 t/ha organických hnojiv. Z celkové hmotnosti aplikovaných hnojiv tvoří organická hmota pouze 5–6 %.

Nasycení střídání plodin řádkovými plodinami

Řádkové plodiny mají zvýšenou mineralizaci ve vztahu k huminovým látkám nacházejícím se v půdě a zanechávají menší množství strniště a kořenových zbytků ve srovnání např. s travami nebo obilninami.

Nedostatečné pěstování víceletých trav

Vytrvalé trávy, zejména luskoviny, jsou schopny zajistit bezdeficitní humusovou bilanci díky tomu, že za sebou zanechávají velké množství rostlinných zbytků. Díky těmto zbytkům se do půdy dostává hodně nově vzniklého humusu.

Eroze půdy

Od roku 2005 do roku 2018 aplikace organických hnojiv na 1 hektar plodin v Kurské oblasti byla 0,19-0,42 tuny, což odpovídá 2,7-6,0 % potřebného množství ročně. I pro řádkovou plodinu – cukrovou řepu, která přispívá ke zvýšené mineralizaci půdního humusu, se aplikuje nepřijatelně malé množství organického hnojiva – 0,1-0,6 t/ha. Maximální aplikační objem byl zaznamenán pouze v roce 2005 – 2,1 t/ha.

Jak poznamenal specialista, podobná situace se vyvíjí nejen v regionu Kursk, ale také v jiných regionech Ruské federace, to znamená, že toto číslo je průměrem pro celou zemi. V mnoha regionech je podle odborníka situace ještě horší než v Kurské oblasti.

Nejlepší situace z hlediska zanášení organické hmoty do půdy je v oblasti Belgorod, kde bylo v roce 2020 aplikováno průměrně 2 t/ha organických hnojiv. Takové pozitivní dynamiky bylo dosaženo díky přítomnosti podniků, které produkují kompost a organická hnojiva v regionu.

K vyřešení problému je nutný integrovaný přístup, organizace podniků na výrobu organických hnojiv. Nepřítomné podniky by se neměly stát překážkou zavádění organické hmoty – farma sama by měla mít zájem na zanášení všech organických zbytků a vedlejších zemědělských produktů do půdy spolu s dusíkatými hnojivy.

Dalším problémem, který dnes v Rusku existuje, je to na většině půd v Rusku se zásoby základních živin snižují, protože bilance prvků minerální výživy rostlin v zemědělství a výrobě krmiv v Rusku je již mnoho let negativní, a poměr dusíku, fosforu a draslíku má daleko k optimální a vědecky ověřené hodnotě.

Růst výnosu a kvalita produktu (vysoký obsah bílkovin a lepku) jsou vždy doprovázeno zvýšením odstranění N, P, K.

Ze 100 milionů tun obilných zrn ročně:
N – 3,0 milionů tun
P – 1,2 milionu tun
K – 2,3 milionu tun
Celkem: 6,5 milionu tun

Průměrný objem použití minerálních hnojiv (a.i.) za rok během pětiletého období, vypočítaný D.M., doktorem technických věd, Fakulta pedologie Moskevské státní univerzity. Khomyakov (2021) s použitím dat Rosstat:

• 2001-2005 – 1,4 milionu tun
• 2006-2010 – 1,8 milionu tun
• 2011-2015 – 1,9 milionu tun
• 2016-2020 – 2,6 milionu tun

Třetím problémem, který je velmi důležitý při hodnocení stavu úrodnosti půdy, je, že v zemi se stále zvyšuje podíl a plocha kyselých orných půd. V jižních oblastech země jsou již zjišťovány, přičemž účinnost zemědělských technologií a kvalita plodin klesá.

Důvodem je především:

• používání fyziologicky kyselých minerálních hnojiv, kyselé srážení, které stimulují odstraňování vápníku a hořčíku z vrstvy orné půdy v důsledku intraprofilové migrace (vyplavování) a odstraňování s plodinami;
• snížení rychlosti vápnění půdy. V průměru je potřeba aplikovat 1-6 tun vápenných materiálů na 9 hektar v intervalech 5-7 let s přihlédnutím k typu půdy, hydrolytické kyselosti a dalším parametrům;
• Je pozorováno zvýšení výtěžků a kvality produktu, vždy doprovázené zvýšením odstraňování Ca a Mg. Například ze 100 milionů tun obilných zrn se ročně odstraní až 1 milion tun vápníku a až 0,8 milionu tun hořčíku.

Živá půda: Co jste nevěděli?

V Rusku se podíl a plocha erodovaných půd stále zvyšuje

Podle státních účetních údajů za celou zemi zabírají středně a silně erodované půdy 26 % erodované zemědělské půdy.

Za posledních 20 let dosáhla rychlost růstu erodovaných a deflačních půd každých pět let 6–7 %.

Zemědělská půda (včetně orné půdy) je nejvíce náchylná k erozi a deflaci v oblastech Volhy, Severního Kavkazu, Centrální černozemě a Uralu. V důsledku půdní eroze a deflace dosahuje výpadek výnosu plodin na orné půdě 36 %, na ostatních pozemcích až 47 %.

Tyto problémy s půdou nevznikly včera ani před deseti lety, domnívá se odborník.

Ohrožení půdy erozí vždy existovalo, ale stalo se obzvláště akutní kvůli intenzifikaci zemědělství a potřebě získat velké množství zemědělských produktů.

Vlastnosti distribuce půd náchylných k vodní erozi v Rusku

Podle státní národní zprávy o stavu a využití půdy v Ruské federaci v roce 2015 (2016) bylo 17,8 % plochy zemědělské půdy vystaveno vodní erozi. Nejnebezpečnějšími oblastmi z hlediska eroze jsou území následujících okresů:

• Volžský federální okruh – 50 %;
• Jižní federální okruh – 16 %;
• Centrální federální okruh – 13 %.

Na sodno-podzolové půdy v lesním pásmu ET RF se hromadí a převažují velké zásoby sněhu eroze tavnou vodou.

Na šedé lesní půdy и černozemě pozorován v lesostepních oblastech eroze tající a dešťovou vodou na jaře a v létě.

В stepní oblasti na černozemích a v suchá step – je pozorován na kaštanových půdách na jihu Evropského regionu Ruské federace smývání půdy způsobené deštěm.

Pro jižní oblasti západní Sibiře Vyznačuje se erozí roztavenou vodou.

Většina oblastí severního Kavkazu a jihu Dálného východu patří do zóny bouřkové eroze.

Je třeba poznamenat, že zhoršování půdních zdrojů je celosvětovým trendem. Jak je uvedeno ve zprávě Organizace OSN pro výživu a zemědělství (FAO) „Stav světových půdních zdrojů“, kterou vypracoval Mezivládní panel expertů, který zahrnuje asi 200 půdních vědců ze šedesáti zemí, stav světové půdy se rychle zhoršuje z následujících důvodů:

• eroze;
• snížení obsahu živin v půdách;
• ztráta organického uhlíku;
• zanášení půdy a další hrozby.

Půdní eroze je na prvním místě mezi globálními problémy.

Kroniky klesající plodnosti

Hlavním závěrem zprávy je, že ve světě existuje eroze:

• ročně odnáší 20 až 40 miliard tun ornice;
• výrazně snižuje výnosy plodin.

Roční ztráty v produkci obilí v důsledku eroze dosahují až 7,6 mil. tun.

Bez opatření ke snížení eroze by do roku 2050 mohly ztráty obilí dosáhnout více než 253 milionů tun, což odpovídá 1,5 milionu km² zemědělské půdy a rovná se celé ploše orné půdy v zemi, jako je Indie.

Pokles výnosů plodin, pokles mocnosti humusového horizontu a zásob humusu v závislosti na stupni eroze půdy

Snížení obsahu organických látek a huminových látek v půdě, zvýšení kyselosti je doprovázeno:

• zhoršení strukturálního a agregátního stavu;
• zhoršení agrochemických a biologických vlastností;
• klesající zemědělské výnosy;
• částečná ztráta funkcí půdní organické hmoty.

Důsledky pro erodované půdy:

• snížený (v porovnání s neerodovaným) obsah humusu, zhoršení jeho složení;
• zhoršení agrochemických, agrofyzikálních a biologických vlastností půdy;
• pokles zemědělských výnosů.

Prvky a faktory omezující úrodnost půdy:

• nadměrná kyselost;
• hojnost solí;
• vysoká hustota;
• nedostatek vlhkosti;
• zamokření v důsledku přebytečné vody;
• heterogenita mikroreliéfu;
• příliš slabá, tenká kořenová vrstva;
• chemická a biologická toxikóza;
• nadměrná alkalita;
• vysoký obsah jílu;
• nedostatek tepla;
• nedostatečné provzdušňování;
• velký sklon, který zabraňuje zadržování vlhkosti a výživy.

Předpovědi pro Rusko

V současné době je většina výnosu plodin tvořena mobilizací zásob půdní úrodnosti bez adekvátní náhrady za odebrané živiny, které v řadě případů překračují úroveň jejich aplikace hnojivy 4-5krát, což vede k záporné bilanci živin a humusu, což vytváří podmínky pro posílení degradačních procesů.

Předpokládá se, že schopnost neustále poskytovat úvěry „přírodních zdrojů“, jak tomu bylo v posledních 30 letech, ještě není zcela vyčerpána.

Přijde čas, kdy bude degradace půdy na velkých plochách nevratná.

Zlepšení půdy: cesta ven z agrochemické pasti intenzivního zemědělství

Při zachování současného přístupu, který neodpovídá principům udržitelného rozvoje, budou limity růstu průmyslu určovány každoročně se snižujícím úrodným potenciálem ruských půd.

Zhodnocení situace v této oblasti bylo dáno na jednání a v rozhodnutí Prezidia Rady zákonodárců Ruské federace při Federálním shromáždění Ruské federace dne 18,12.2020. prosince XNUMX „O opatřeních k zajištění plodnosti zemědělské půdy.”

Strategie národní bezpečnosti Ruské federace stanoví, že potravinová bezpečnost je zajišťována mimo jiné zvyšováním úrodnosti půdy, předcházením vyčerpávání a snižováním zemědělské půdy a orné půdy. Zachování, obnova a zvýšení úrodnosti půdy zemědělské půdy jsou zároveň součástí rozvoje a zlepšování agroprůmyslového komplexu Ruské federace.

V takové situaci je nutné cílené hospodaření s úrodností orné půdy. Při hospodaření je nutné brát v úvahu skutečný stav plodnosti v každém konkrétním oboru, proto je nutné jeho hodnocení a periodické sledování.

Klíčové indikátory, který lze použít k posouzení úrodnosti půdy na farmě:

• obsah humusu v půdě;
• obsah hydrolyzovatelného dusíku;
• obsah mobilního fosforu;
• obsah mobilního draslíku;
• pH vodné;
• pH fyziologický roztok;
• obsah vyměnitelných bází Ca a Mg;
• hydrolytická kyselost;
• obsah mikroelementů.

Další indikátory:

1. Klasifikace.
2. Struktura půdy (obsah agronomicky cenného a voděodolného kameniva).
3. Hustota půdy.
4. Kapacita půdní vlhkosti.

Každá farma musí alespoň jednou za pět let provést agrochemický průzkum ke zjištění úrodnosti půdy.

Způsoby regulace úrodnosti půdy

1. Základem ochrany (reprodukce) a řízení úrodnosti půdy jsou:
2. Udržování nedostatečné humusové rovnováhy;
3. Zajištění bilance živin na dané úrovni s přihlédnutím k plánovaným sklizním.
4. Chemická rekultivace (regulace kyselosti půdy).
5. Zajištění agrofyzikálního stavu půdy je příznivé pro pěstování plodin.
6. Udržování biologického stavu půdy, zajištění rovnováhy procesů mineralizace a humifikace organické hmoty a příznivých podmínek pro pěstování zemědělských plodin.

Perspektivy udržení a zvýšení úrodnosti půdy: strategie a taktika

Podle odborníka je nutné mít na farmě Systém řízení úrodnosti půdy, zaměřený na její zlepšování, na 5-7 let i delší dobu a pro každý konkrétní rok podrobně s přihlédnutím ke stavu úrodnosti půdy a plány pěstovaných plodin a jejich plánovaný výnos.

Při současné úrovni zásobování venkovských producentů komodit materiálními a technickými zdroji je většina výnosů zemědělských plodin tvořena mobilizací zásob půdní úrodnosti bez adekvátní náhrady odebraných živin, což vede k negativní bilanci živin a humusu v půdu a vytváří podmínky pro zintenzivnění degradačních procesů.

Proto jsou relevantní a prakticky nezbytné vědecky podložené systémy řízení úrodnosti půdy na farmě, dostupnost polního pasu v každé farmě a systematické sledování úrodnosti půdy alespoň jednou za pět let.