Войти
Севооборот - это практика выращивания серии различных типов культур на одной территории через последовательность возрастающих сезонов. Это снижает зависимость от одного набора питательных веществ, снижает давление вредителей и сорняков, а также снижает вероятность развития устойчивых вредителей и сорняков.
Выращивание одной и той же культуры на одном и том же месте в течение многих лет подряд постепенно истощает почву некоторыми питательными веществами и приводит к формированию высококонкурентного сообщества вредителей и сорняков. Без сбалансированного использования питательных веществ и диверсификации сообществ вредителей и сорняков продуктивность монокультур в значительной степени зависит от внешних факторов. И наоборот, хорошо продуманный севооборот может снизить потребность в синтетических удобрениях и гербицидах за счет более эффективного использования экосистемных услуг от разнообразного набора культур. Кроме того, севооборот может улучшить структуру почвы и органическое вещество, что снижает эрозию и повышает устойчивость фермерской системы.
давно признано, что подходящие севообороты - такие как посев яровых культур для домашнего скота вместо зерна для потребления человеком - позволяют восстановить или поддерживать продуктивную почву. Древние ближневосточные земледельцы практиковали севооборот в 6000 г. до н.э., не понимая химии, попеременно сажая бобовые и злаки. В Библии, глава 25 книги Левит наставляет израильтян соблюдать «субботу земли ». Каждые седьмой год они не обрабатывали, не обрезали и даже не боролись с насекомыми.
При двухпольном севообороте половина земли была засеяна за год, а другая половина залежь залежь. Затем, в следующем году, эти два поля поменяли местами. В Китае с древних времен использовались как двухпольная, так и трехпольная система. Со времен Карла Великого (умер в 814 г.) фермеры в Европе перешли от двухпольного севооборота к трехпольному.
С конца Средневековья до 20 века европейские фермеры практиковали севооборот с тремя полями, разделение доступно земли на три части. Одна секция была засеяна осенью рожью или озимой пшеницей, затем яровым овсом или ячменем ; вторая секция выращивала такие культуры, как горох, чечевица или бобы; а третье поле осталось под паром. Три поля были чередованы таким образом, чтобы каждые три года одно поле оставалось под паром. В системе с двумя полями, если у кого-то есть в общей сложности 600 акров (2,4 км) плодородной земли, можно засеять только 300 акров. При новой системе севооборота с тремя полями можно было засеять (и, следовательно, собрать урожай) 400 акров. Но дополнительный урожай имел более значительный эффект, чем просто количественная урожайность. Поскольку яровые культуры были в основном бобовыми, они улучшили общее питание жителей Северной Европы.
Фермеры в регионе Ваасланд (в современной северной Бельгии) первыми использовали четырехпольный севооборот в начале 16 века, и Британский агроном Чарльз Тауншенд (1674–1738) популяризировал эту систему в 18 веке. Последовательность из четырех культур (пшеница, репа, ячмень и клевер ), включала кормовую культуру и пастбищная культура, позволяющая выращивать домашний скот круглый год. Четырехпольный севооборот стал ключевым событием Британской сельскохозяйственной революции. Чередование пахотных и лей иногда называют лей-земледелием.
Джордж Вашингтон Карвер (1860–1943) изучал методы севооборота в США, обучая южные фермеры должны чередовать почвенно-истощающие культуры, такие как хлопок, с обогащающими почву культурами, такими как арахис и горох.
. В зеленой революции середины -20 век традиционная практика севооборота уступила место в некоторых частях мира практике добавления химических веществ в почву посредством подкормки удобрений, добавляя (например) нитрат аммония или мочевина и восстановление pH почвы с помощью извести. Такие методы были направлены на повышение урожайности, подготовку почвы для выращивания специальных культур и сокращение потерь и неэффективности за счет упрощения посадки, уборки урожая и орошения.
Предварительную оценку взаимосвязей между культурами можно найти в том, как каждая культура: (1) способствует содержанию органического вещества почвы (SOM), (2) обеспечивает борьбу с вредителями, (3) управляет дефицитом или избытком питательных веществ, (4) как он способствует или контролирует эрозию почвы, (5) скрещивает с другими культурами для получения гибридного потомства и (6) воздействует на окружающие пищевые сети и полевые экосистемы.
Выбор культуры часто связан с целью, которую фермер стремится достичь с помощью севооборота, которая может заключаться в увеличении доступного азота в почве, борьбе с эрозией или увеличении структуры почвы и биомассы, чтобы назовите несколько. При обсуждении севооборотов культуры классифицируются по-разному в зависимости от того, какое качество оценивается: по семействам, по потребностям / выгодам в питательных веществах и / или по рентабельности (т. Е. Товарные культуры по сравнению с покровными культурами). Например, уделение должного внимания семейству растений имеет важное значение для борьбы с вредителями и патогенами. Однако многие фермеры успешно управляют севооборотами, планируя последовательность и покровные культуры вокруг желаемых товарных культур. Ниже приводится упрощенная классификация, основанная на качестве и назначении урожая.
Многие культуры, которые имеют решающее значение для рынка, такие как овощи, являются пропашными культурами (то есть выращиваются в тесных рядах). Хотя эти культуры часто являются наиболее прибыльными для фермеров, они требуют более высоких затрат на почву. У пропашных культур обычно низкая биомасса и неглубокие корни: это означает, что растение вносит мало остатков в окружающую почву и оказывает ограниченное влияние на структуру. Поскольку большая часть почвы вокруг растений подвержена разрушению из-за дождя и дорожного движения, поля с пропашными культурами быстрее разрушают органическое вещество микробами, оставляя меньше питательных веществ для будущих растений.
Короче говоря, эти культуры могут быть прибыльными для фермы, они истощают питательные вещества. Существуют методы севооборота, чтобы найти баланс между краткосрочной рентабельностью и долгосрочной продуктивностью.
Большое преимущество севооборота проистекает из взаимосвязи фиксации азота посевы с культурами, требовательными к азоту. Бобовые, такие как люцерна и клевер, собирают доступный азот из атмосферы и хранят его в клубеньках на своей корневой структуре. Когда растение собирают, биомасса несобранных корней разрушается, делая накопленный азот доступным для будущих культур.
Кроме того, у бобовых есть тяжелые стержневые корни, которые зарываются глубоко в землю, поднимая почву для лучшего рыхления. и впитывание воды.
Зерновые и злаки являются частыми покровными культурами из-за множества преимуществ, которые они обеспечивают для качества и структуры почвы. Плотные и широко распространенные корневые системы придают обширную структуру окружающей почве и обеспечивают значительную биомассу органического вещества почвы.
Травы и злаки играют ключевую роль в борьбе с сорняками, поскольку они конкурируют с нежелательными растениями за пространство почвы и питательные вещества.
Зеленые удобрения - это культура, которую смешивают с почвой. В качестве сидерата можно использовать как азотфиксирующие бобовые, так и поглотители питательных веществ, такие как травы. Зеленые удобрения бобовых - отличный источник азота, особенно для органических систем, однако биомасса бобовых не способствует сохранению органического вещества почвы, как травы.
Существует множество факторов, которые необходимо учитывать при планировании севооборота. Планирование эффективного севооборота требует взвешивания фиксированных и изменяющихся производственных условий: рынка, размера фермы, предложения рабочей силы, климата, типа почвы, методов выращивания и т. Д. Более того, севооборот должен учитывать, в каких условиях одна культура покинет почву для следующей культуры. и как можно засеять одну культуру другой. Например, азотфиксирующая культура, такая как бобовые, всегда должна предшествовать азотистощающей; аналогично, культура с низким содержанием пожнивных остатков (т.е. культура с низкой биомассой) должна быть компенсирована покровной культурой с высоким содержанием биомассы, такой как смесь злаков и бобовых культур.
Нет ограничений на количество культур, которые можно использовать используется в ротации, или время, необходимое для выполнения ротации. Решения о севооборотах принимаются за годы до, сезонов или даже в последнюю минуту, когда появляется возможность увеличить прибыль или качество почвы.
Системы севооборота могут быть расширены за счет влияние других методов, таких как добавление домашнего скота и навоза, совмещение культур или многократное выращивание, и это распространено в системах органического земледелия.
Введение домашнего скота позволяет наиболее эффективно использовать критические дерновые и покровные культуры ; домашний скот (посредством навоза ) может распределять питательные вещества этих культур по всей почве, а не удалять питательные вещества с фермы за счет продажи сена.
Смешанное земледелие или практика выращивания сельскохозяйственных культур с включением домашнего скота может помочь управлять урожаем в севообороте и круговороте питательных веществ. Растительные остатки служат кормом для животных, а животные - навозом для пополнения запасов питательных веществ и тягловой силы. Эти процессы способствуют внутреннему круговороту питательных веществ и сводят к минимуму потребность в синтетических удобрениях и крупномасштабном оборудовании. Дополнительным преимуществом является то, что крупный рогатый скот, овцы и / или козы дают молоко и могут выступать в качестве товарной культуры во время экономических трудностей.
Системы множественного выращивания, такие как совмещение или компаньон, предлагают больше разнообразия и сложности в пределах одного сезона или севооборота. Примером посадки-компаньона является три сестры, посев кукурузы с бобами и сквош или тыквы. В этой системе бобы обеспечивают азот; кукуруза служит опорой для бобов и «экраном» от мотылька из кабачка; кабачок обеспечивает подавление сорняков и отпугивает голодных по кукурузе енотов.
Двойной урожай - обычное дело, когда две культуры, как правило, разных видов, выращиваются последовательно в один и тот же вегетационный период или когда одна культура (например, овощи) непрерывно выращивают вместе с покровными культурами (например, пшеницей). Это выгодно для небольших хозяйств, которые часто не могут позволить себе оставлять покровные культуры для пополнения почвы на длительные периоды времени, в отличие от более крупных хозяйств. Когда на небольших фермах внедряется несколько культур, эти системы могут максимизировать выгоды от севооборота на имеющихся земельных ресурсах.
Севооборот является обязательной практикой в США для фермерских хозяйств. ищу органическую сертификацию. «Стандарт практики севооборота» для Национальной органической программы в рамках США. Свод федеральных правил, раздел §205.205, гласит, что
фермеры обязаны внедрять севооборот, который поддерживает или наращивает органическое вещество почвы, работает для борьбы с вредителями, управляет и сохраняет питательные вещества и защищает от эрозии. Производители многолетних культур, которые не подвергаются севообороту, могут использовать другие методы, такие как покровные культуры, для поддержания здоровья почвы.
В дополнение к снижению потребности во вводимых ресурсах (путем борьбы с вредителями и сорняками и увеличения доступных питательных веществ), Севооборот помогает производителям органических продуктов увеличить количество биоразнообразия на своих фермах. Биоразнообразие также является требованием органической сертификации, однако нет никаких правил, регулирующих или усиливающих этот стандарт. Увеличение биоразнообразия сельскохозяйственных культур благотворно влияет на окружающую экосистему и может содержать большее разнообразие фауны, насекомых и полезных микроорганизмов в почве. Некоторые исследования указывают на повышенную доступность питательных веществ в результате севооборота в органических системах по сравнению с традиционными методами, поскольку органические методы с меньшей вероятностью подавляют полезные микробы в органическом веществе почвы.
В то время как многократное выращивание и при совмещении культур используются те же принципы, что и при севообороте, они не удовлетворяют требованиям NOP.
Агрономы описывают преимущества урожая от севооборотов как " Эффект вращения ». Есть много преимуществ ротационных систем. Факторы, связанные с увеличением, в основном связаны с уменьшением негативных факторов монокультурных систем земледелия. В частности, улучшенное питание; снижение стресса от вредителей, патогенов и сорняков; а улучшенная структура почвы в некоторых случаях коррелировала с благоприятным эффектом вращения.
Другие преимущества систем севооборота включают в себя снижение себестоимости. Общие финансовые риски более широко распространены на более разнообразное производство сельскохозяйственных культур и / или животноводства. Меньше полагаются на покупные ресурсы, и со временем культуры могут поддерживать производственные цели с меньшими затратами. Это в сочетании с более высокой краткосрочной и долгосрочной урожайностью делает севооборот мощным инструментом улучшения сельскохозяйственных систем.
Использование различных видов в ротации позволяет увеличить содержание органического вещества почвы (ПОВ), улучшить структуру почвы и улучшить химическую и биологическую среду почвы для сельскохозяйственных культур. При увеличении количества ПОВ улучшается инфильтрация и удержание воды, обеспечивая повышенную засухоустойчивость и снижение эрозии.
Органическое вещество почвы представляет собой смесь разлагающегося материала биомассы с активными микроорганизмами. Севооборот, по своей природе, увеличивает воздействие биомассы дерна, сидератов и различных других растительных остатков. Сниженная потребность в интенсивной обработке почвы в севообороте позволяет агрегации биомассы вести к большему удержанию и использованию питательных веществ, уменьшая потребность в дополнительных питательных веществах. При обработке почвы разрушение и окисление почвы создает менее благоприятную среду для разнообразия и размножения микроорганизмов в почве. Эти микроорганизмы делают питательные вещества доступными для растений. Итак, там, где «активное» органическое вещество почвы является ключом к продуктивной почве, почва с низкой микробной активностью обеспечивает растениям значительно меньше питательных веществ; это верно, даже если количество биомассы, оставшейся в почве, может быть таким же.
Почвенные микроорганизмы также снижают активность патогенов и вредителей посредством конкуренции. Кроме того, растения производят корневые экссудаты и другие химические вещества, которые влияют на их почвенную среду, а также на среду, в которой они находятся. Таким образом, севооборот позволяет повысить урожайность за счет наличия питательных веществ, но также снижает аллелопатию и конкурентную среду с сорняками.
Исследования показали, что севообороты значительно увеличивают почву содержание органического углерода (SOC), основного компонента органического вещества почвы. Углерод, наряду с водородом и кислородом, является макроэлементом для растений. Разнообразные севообороты, охватывающие длительные периоды времени, показали, что они даже более эффективны в увеличении SOC, в то время как нарушения почвы (например, от обработки почвы) ответственны за экспоненциальное снижение уровней SOC. В Бразилии переход на нулевую обработку почвы в сочетании с интенсивным севооборотом показал, что уровень поглощения SOC составляет 0,41 тонны на гектар в год.
Помимо повышения урожайности сельскохозяйственных культур, связывание имеет большое значение для снижения показателей изменение климата за счет удаления углекислого газа из воздуха.
Чередование культур добавляет в почву питательные вещества. Бобовые, растения семейства Fabaceae, например, имеют клубеньки на своих корнях, которые содержат азотфиксирующие бактерии называется ризобиями. Во время процесса, называемого клубенькованием, бактерии ризобий используют питательные вещества и воду, предоставляемые растением, для преобразования атмосферного азота в аммиак, который затем превращается в органическое соединение, которое растение может использовать в качестве источника азота. Поэтому с точки зрения сельского хозяйства имеет смысл чередовать их со злаками (семейство Poaceae ) и другими растениями, требующими нитратов. Количество азота, доступного для растений, зависит от таких факторов, как вид бобовых, эффективность бактерий ризобий, почвенные условия и наличие элементов, необходимых для питания растений.
Севооборот также используется для борьбы с вредителями и болезнями, которые со временем могут закрепиться в почве. Последовательная смена культур снижает уровень популяции вредителей за счет (1) прерывания жизненных циклов вредителей и (2) прерывания среды обитания вредителей. Растения одного таксономического семейства, как правило, имеют схожие вредители и патогены. Регулярно меняя культуры и оставляя почву занятой покровными культурами вместо залежи пара, циклы вредителей могут быть нарушены или ограничены, особенно циклы, которые выигрывают от перезимовки в остатках. Например, нематода корневого узла представляет собой серьезную проблему для некоторых растений в теплом климате и песчаных почвах, где она медленно накапливается в почве до высоких уровней и может серьезно повредить продуктивность растений, перекрывая циркуляцию корни растений. Выращивание культуры, которая не является хозяином для узловатой нематоды в течение одного сезона, значительно снижает уровень нематод в почве, что позволяет вырастить восприимчивую культуру в следующем сезоне без необходимости проведения фумигации почвы .
Это Этот принцип особенно полезен в органическом земледелии, где борьба с вредителями должна осуществляться без синтетических пестицидов.
Интеграция определенных культур, особенно покровные культуры в севооборотах имеет особое значение для борьбы с сорняками. Эти культуры вытесняют сорняки за счет конкуренции. Кроме того, дерн и компост из покровных культур и сидератов замедляют рост сорняков, которые все еще могут проникать в почву, что дает культурам дополнительное конкурентное преимущество. Замедляя рост и распространение сорняков во время выращивания покровных культур, фермеры значительно сокращают присутствие сорняков для будущих культур, в том числе для низкорослых и пропашных культур, которые менее устойчивы к сорнякам. Таким образом, покровные культуры считаются охраняемыми культурами, поскольку они защищают залежные земли от зарастания сорняками.
Эта система имеет преимущества перед другими распространенными методами борьбы с сорняками, такими как обработка почвы. Обработка почвы предназначена для подавления роста сорняков путем переворачивания почвы; тем не менее, это имеет противодействующий эффект, обнажая семена сорняков, которые могли быть захоронены, и закапывая семена ценных культур. При севообороте количество жизнеспособных семян в почве снижается за счет уменьшения популяции сорняков.
Сорняки не только негативно влияют на качество урожая и урожай, но и могут замедлить процесс уборки урожая. Сорняки делают фермеров менее эффективными при уборке урожая, потому что такие сорняки, как вьюнок и горец, могут запутаться в оборудовании, что приведет к постоянному сбору урожая.
Севооборот может значительно снизить потери почвы в результате эрозии водой. В районах, которые сильно подвержены эрозии, методы управления хозяйством, такие как нулевая и уменьшенная обработка почвы, могут быть дополнены особыми методами севооборота для уменьшения воздействия дождевых капель, отложения наносов, перенос наносов, поверхностный сток и потери почвы.
Защита от потери почвы максимальна с помощью методов севооборота, которые оставляют наибольшую массу стерни (растительные остатки, оставшиеся после сбора урожая) на поверхности почвы. Стерневой покров в контакте с почвой сводит к минимуму эрозию от воды за счет снижения скорости наземного потока, силы потока и, таким образом, способности воды отделять и переносить отложения. Эрозия почвы и поляну предотвращают разрушение и отделение агрегатов почвы, которые вызывают блокирование макропор, снижение инфильтрации и увеличение стока. Это значительно улучшает сопротивляемость почв периодам эрозии и стресса.
При разрушении кормовой культуры образуются связующие продукты, которые действуют как клей на почве, заставляя частицы слипаться и образовывать агрегаты. Образование агрегатов почвы важно для борьбы с эрозией, так как они лучше сопротивляются ударам дождевых капель и водной эрозии. Агрегаты почвы также уменьшают ветровую эрозию, поскольку представляют собой более крупные частицы и более устойчивы к истиранию при обработке почвы.
Влияние севооборота на борьбу с эрозией зависит от климата. В регионах с относительно постоянными климатическими условиями, где предполагается годовое количество осадков и уровни температуры, жесткие севообороты могут обеспечить достаточный рост растений и почвенный покров. В регионах, где климатические условия менее предсказуемы и могут возникать неожиданные периоды дождей и засухи, необходим более гибкий подход к почвенному покрову посредством севооборота. Система возделывания сельскохозяйственных культур обеспечивает адекватный почвенный покров в этих неустойчивых климатических условиях. В системе выращивания сельскохозяйственных культур урожай выращивается при достаточном количестве воды в почве и при наличии надежного окна для посева. Эта форма системы земледелия, вероятно, обеспечит лучший почвенный покров, чем жесткий севооборот, потому что культуры сеют только в оптимальных условиях, в то время как жесткие системы не обязательно сеют в лучших доступных условиях.
Севообороты также влияют на сроки и длительность залежи поля. Это очень важно, потому что в зависимости от климата конкретного региона поле может быть наиболее уязвимым к эрозии, когда оно находится под паром. Эффективное управление паром - важная часть снижения эрозии в системе севооборота. Нулевая обработка почвы - это фундаментальная практика управления, которая способствует сохранению стерни при длительных незапланированных парах, когда посевы невозможно произвести. Такие методы управления, которые позволяют сохранить подходящий почвенный покров на территориях, находящихся под паром, в конечном итоге уменьшат потерю почвы. В недавнем исследовании, которое длилось десять лет, было обнаружено, что обычная озимая покровная культура после сбора урожая картофеля, такая как осенняя рожь, может уменьшить сток почвы на целых 43%, и это, как правило, наиболее питательная почва.
Увеличение биоразнообразия сельскохозяйственных культур благотворно влияет на окружающую экосистему и может содержать большее разнообразие фауны, насекомых и полезных микроорганизмов в почве. Некоторые исследования указывают на повышенную доступность питательных веществ в результате севооборота в органических системах по сравнению с традиционными методами, поскольку органические методы с меньшей вероятностью подавляют полезные микробы в органическом веществе почвы, такие как арбускулярная микориза, которые увеличивают усвоение питательных веществ растениями. Увеличение биоразнообразия также повышает устойчивость агроэкологических систем.
Севооборот способствует увеличению урожайности за счет улучшения питания почвы. Требуя посадки и сбора разных культур в разное время, можно обрабатывать больше земли с тем же количеством техники и труда.
Различные культуры в севообороте могут снизить риски неблагоприятных погодных условий для отдельного фермера.
В то время как севооборот требует большого При планировании выбор культуры должен учитывать ряд фиксированных условий (тип почвы, топография, климат и орошение) в дополнение к условиям, которые могут резко меняться от года к году (погода, рынок, предложение рабочей силы). Таким образом, неразумно планировать посевы на годы вперед. Неправильное выполнение плана севооборота может привести к дисбалансу в составе питательных веществ почвы или накоплению патогенов, влияющих на важнейшие культуры. Последствия неправильного севооборота могут занять годы, прежде чем они станут очевидными даже для опытных почвоведов, и столько же времени потребуется для исправления.
Многие проблемы существуют в практике, связанной с севооборотом. Например, сидераты из бобовых культур могут привести к нашествию улиток или слизней, а гниение из зеленых удобрений может иногда подавлять рост других культур.
