Почему обработка почвы — самая сложная задача в современном сельском хозяйстве

Технологии в сельском хозяйстве часто ассоциируются с дронами, датчиками или автономными тракторами. На самом деле это не так. Настоящая работа начинается с почвы. Точнее, она начинается с механической обработки почвы для подготовки её к посеву. Этот процесс называется вспашкой (или обработкой почвы), и он отличается от внесения удобрений, которое добавляет питательные вещества. Хотя оба процесса необходимы, обработка почвы является физической основой всего урожая. Без неё растениям трудно получать вещества, необходимые для роста.

Настоящая цель обработки почвы

Сельское хозяйство — это не просто изменение почвы. Это создание определённых физических условий. Фермеры используют инструменты для разбивания, резки и перемещения почвы. У нас есть три цели. Они включают изменение структуры почвы, уничтожение сорняков и управление растительными остатками от предыдущих сезонов.

Сорняки — ваш враг. Они конкурируют с растениями за воду, питательные вещества и свет. Поверхностные остатки могут блокировать посевное оборудование или создавать неблагоприятные условия для нового роста. Однако наиболее важной функцией обработки почвы является структурное изменение. Здоровая почва должна эффективно поглощать, хранить и транспортировать воду. Вам также необходимо обеспечить подходящую среду для прорастания семян и корней.

Создание пор для воды и воздуха

Если почвенные агрегаты уже имеют правильный размер, вам может потребоваться только прополка и обработка остатков. В идеальном мире. Но реальность гораздо сложнее. Посев, обработка и уборка урожая часто повреждают структуру почвы. По этой причине подготовка семенного ложа предлагает наилучшую (а часто и единственную) возможность восстановить желаемую структуру.

Хорошая структура означает крупные, стабильные поры, которые простираются от поверхности земли до уровня грунтовых вод или дренажных систем. Эти поры обеспечивают две вещи: быстрое проникновение воды и отвод избыточной воды. Они также способствуют аэрации подпочвенного слоя. Когда эти крупные поры перемежаются с мелкими, почва может удерживать влагу без заболачивания. Это тонкий баланс.

Влага и текстура определяют метод

Нельзя применять подход «один размер для всех» к обработке почвы. Этот метод полностью зависит от текстуры почвы.

На грубых почвах обработка может фактически увеличить размер агрегатов. Однако это работает только при определёном уровне влажности почвы. Мелкие поры должны быть заполнены водой. Обработка почвы, когда она слишком сухая или слишком влажная, приводит к образованию более мелких, менее желательных агрегатов.

Почвы с мелкой текстурой более упрямы. Они склонны образовывать комья. Эти комки должны быть разбиты погодой или техникой. Однако требования к мощности могут быть необоснованно высокими. Требуется огромное количество энергии для дробления сухой земли. Резка влажных объектов также затруднена. Фермеры часто ждут медленных дождей, пока почва не станет влажной и рыхлой (легко разрушается), прежде чем пытаться её обработать.

Скрытая опасность плужной подошвы

В некоторых случаях корневую зону необходимо углубить для улучшения поглощения и удержания воды. Плохой дренаж снижает аэрацию и ограничивает развитие корней. Если корни не могут достичь подпочвенного слоя, вода в подпочвенном слое не может быть использована.

Именно здесь механизация становится проблемой. Традиционная обработка может создать плужную подошву (hardpan), также известную как плужная подошва. Это уплотнённый слой непосредственно под зоной, нарушенной оборудованием для обработки. По мере увеличения уровня механизации такие плужные подошвы становятся более распространёнными. Они снижают урожайность, препятствуя росту корней и движению воды.

Эти слои необходимо разбивать. Разбивая их на мелкие кусочки, вода сохраняется внутри и под разбитыми кусками для использования последующими культурами. Это напоминание о том, что инструменты, которыми мы кормим мир, могут также нанести вред земле, от которой мы зависим. Задача заключается не только в выращивании урожая. Она заключается в сохранении способности почвы поддерживать их.

Разрушение земли: объяснение основных сельскохозяйственных орудий

Первоначальная обработка почвы не означает тонкой настройки почвы для рассады. Речь идет о разрушении земли. Мы говорим об этом глубоко здесь. Цель состоит в том, чтобы разрыхлить и расколоть слои почвы на глубину от 6 до 36 дюймов (15–91 см). Если вы копаете так глубоко, вы используете оборудование для основной обработки почвы.

Список инструментов короткий, но тяжелый. Отвалные плуги. Дисковые плуги. Роторные плуги. Культиваторы-рыхлители. Глубокорыхлители. У каждого есть своя задача. Каждый борется с почвой по-своему.

Отвалный плуг: переворачивание мира вверх дном

Отвалные плуги — это классика. Вы знаете этот образ. Хорошо работает на различных типах почвы, но полезен, когда растительные остатки необходимо заделать в почву. Он характеризуется засыпанием старых стеблей. Существует сотни конструкций. Они не взаимозаменяемы. Каждая адаптирована под конкретные условия почвы.

Рабочая часть называется дном плуга. Оно состоит из трех частей, работающих вместе: лемеха, боковины и самого отвала.

Посмотрите на него в действии. Лемех режет. Отвал поднимается. Боковина удерживает его ровно. Это создает борозду. траншею. Почва появляется в виде полос, называемых пластами. Она отбрасывается в сторону.

Начинайте вспашку с середины полосы. Вы режете поперек. На обратном пути поместите следующий пласт поверх первого. Это образует гребень. Обратную борозду. Она расположена выше остальных.

Закончите две полосы. Последний разрез оставил траншею. Она в два раза шире одного дна плуга. Мы называем ее мертвой бороздой. Если вы будете разрезать траншею снова и снова, в итоге вы получите ровную, разбитую землю. Грядковая или рядовая земля и рядовая страна — это разные вещи. Вы можете переключаться между обратными и мертвыми бороздами.

Текстура почвы определяет форму отвала. Глине требуется другая кривизна, чем песку. Вы можете получить классы, такие как для стерни, общего назначения, рядовой, для черноземов и закаленный общего назначения. Если почва не смывается, выбирайте дно для черноземов. Это означает, что грязь прилипает к плугу, а не соскальзывает и не очищается.

Лемех — это нож. Его форма зависит от грунта. Посмотрите на продольный изгиб. Это вогнутость внизу. Обычно используется на легких почвах. Глубина для сухой почвы. Если вы работаете с глиной или гравием, удвойте глубину. Лемех также имеет поперечный изгиб. Концы направлены от боковины. Продольный изгиб прижимает его к боковине. Поперечный изгиб контролирует ширину.

Размеры варьируются. Ширина тракторного плуга обычно составляет 25–45 сантиметров. Специальные задачи становятся все более распространенными.

На современных фермах эти платформы крепятся к тракторам. Спускаясь вниз. Или на навесное оборудование. Иногда я вижу плуги, работающие в обоих направлениях. Совмещайте левые и правые. Даже если я развернусь, гребни всегда летят в одном направлении. Больше никаких догадок о направлениях. Есть также разрыватели гребней и создатели рядов. Форма отвала включена с обеих сторон.

Дисковый плуг: качение сопротивления

Дисковые плуги используют круглые вогнутые диски. Закаленная сталь. острые края. Иногда зубчатые. Диаметры варьируются от 50 до 95 см. Секрет в качении. Трение возникает, когда поверхности скользят. Катящийся диск позволяет резать с меньшим сопротивлением. Тяга аналогична отвальному плугу, но контакт отличается.

Именно здесь отвальное дно терпит неудачу, а дисковое процветает. Глина? Используйте диск. Он с меньшей вероятностью забьется. Разве вы не смываете почву с диска? Плуг. У вас есть вспаханное поле с твердой подошвой? Разрушение диска. Сухая, твердая боковина? Плуг. Торфяник? Плуг. Также идеально подходит для глубокой обработки.

Внизу есть скребок. Помогает разбивать комья из траншей. Очищает диск. Продолжает движение. Независимо от того, едете ли вы на нем или буксируете, это рабочая лошадка в сложных ситуациях.

Вращение, рыхление и глубокое рыхление: профессиональное торможение

Роторные плуги отличаются. Нож или зуб вращается вокруг своей оси. Мы приводим их в движение трактором или собственным двигателем. Нож режет боковину. Они бросают ее на капот. Подходит для детских садов. Высокая цена? Да. Высокие требования к мощности? Полностью. Вы редко видите их, кроме как на небольших садовых тракторах. Экономика крупного сельского хозяйства не может быть расширена.

Плуг-рыхлитель использует узкую, двустороннюю лопату. Прикрепленную к длинной рукоятке. они проливают слезы. Они смешиваются. Они не переворачивают землю. Она не крошится, как отвальное дно. Так зачем их использовать? Разрыхляйте твердую, сухую почву перед тем, как начать серьезную обработку. Разбейте упорную подошву плуга. Это разминка для земной команды перед игрой.

Аура под боковиной огромна. Принцип аналогичен, но масштаб гораздо больше. Глубина проникновения составляет 50–90 см. То есть 20–36 дюймов. Требуется много лошадиных сил. Как минимум 60–85 лошадиных сил. Тяните наконечник на глубину 90 см в твердую боковину.

Иногда у них есть торпедообразные придатки. Дренаж под боковиной. Вода уходит глубоко под боковину туда, где она необходима, не вредя культурам на поверхности.

Земля разрушена. Слои смешаны. Фундамент создан. Что произойдет дальше, зависит от того, что вы посадите.

Вспомогательная обработка почвы делает не только то, что почва выглядит чище. Это прецизионный инструмент. Фермеры используют грабли, катки и фрезы для разбивания комьев почвы, заделки растительных остатков и уничтожения сорняков. Цель состоит в создании хорошего, равномерного семенного ложа. Обычно это происходит после основной обработки. Но тайминг имеет значение. Вы не всегда копаете глубоко. Иногда вы просто взрыхляете верхние несколько дюймов.

Существует пять основных типов борон. Дисковые бороны проходят сквозь землю. Зубовые бороны (с шипами) перемешивают её. Пружинные бороны действуют более мягко. Роторные крестовые бороны вращаются. Далее следует инструмент, предназначенный для экстремального измельчения, называемый «Хирург почвы» (Soil Surgeon). За ним следует каток с V-образными колесами, раздавливающий оставшиеся комья в сплошную, непрерывную поверхность. Эти инструменты часто работают вместе. Один разрыхляет почву, другой уплотняет её.

Обработка растительных остатков и подземная обработка

Даже при нехватке воды это не обязательно означает, что всё будет вспахано. Растительные остатки также можно оставлять на поверхности. Это называется «фермерство с остатками» (trash farming), также известное как мульчирование пнями или подземная обработка. Логика проста. Мульча защищает почву от ветровой и водной эрозии. Она сохраняет влагу.

Оборудование, используемое для этих целей, уникально. Вы не используете стандартные плуги. Вы используете скребки (sweeps). V-образный нож, который режет горизонтально под поверхностью земли. Набор скребков с гидравлическим подъемом часто называют полевым культиватором. Они разрезают землю, не переворачивая её.

Реечные прополочные орудия (Rod weeders) — еще один ключевой игрок здесь. Они похожи на плужные рамы с подшипниками на концах. Стержни проходят через эти подшипники и медленно вращаются по мере движения машины. Эти стержни опускаются чуть ниже поверхности и удаляют сорняки. Вращение помогает удалять вырванную растительность. В некоторых случаях их можно также прикреплять к чизельному плугу для двойного эффекта.

Контроль сорняков не обязательно требует гладкой почвы. Оставление междурядий рыхлыми и комковатыми между рядами зерновых на самом деле помогает. Если вы подготовите идеальное семенное ложе только в рядах, ваши культуры приживутся быстрее, чем сорняки. Скорость побеждает. Отвалные плуги также полезны для заделки семян сорняков. Это задерживает прорастание и экономит работу в дальнейшем. Если заражение серьезное, подрезка корней может помочь снизить их численность, но это скорее временная мера, а не лечение.

Необходимость сохранения влаги

Осадки редко идеально соответствуют потребностям культур. Фермерам нужно накапливать воду на периоды, когда нет дождей. Сельскохозяйственные практики, которые не улучшают накопление и хранение воды в межсезонье, могут быть расточительными по времени и топливу. Повреждение почвы не принесет пользы, если она не контролирует сорняки или не помогает почве удерживать влагу. Вы просто потратили деньги впустую.

Минимальная обработка: разрушение структуры

Интенсивная обработка может повредить структуру почвы. Превращает твердые агрегаты в пыль. Покрытие помогает предотвратить попадание дождевых капель на оголенную поверхность и образование корки. Корка вредна. Она препятствует впитыванию воды. Увеличивается объем поверхностного стока. Количество воды, запасаемой растениями, уменьшается.

Риск выше в более теплых климатах, где фермеры могут выращивать три урожая в год. Чрезмерная обработка может привести к тому, что почва станет монозернистой. Это делает поверхность склонной к цементированию и плохой аэрации. Почва превращается в кирпич.

Вспашка может улучшить структуру, но только если тайминг идеален. Когда влажность оптимальна, почва рыхлая и хорошо зернистая. Слишком влажная или слишком сухая почва приводит к образованию нежелательных структур. Вы боретесь с законами физики. Кроме того, поднятие или переворачивание пластов не всегда является хорошей идеей. В некоторых случаях для подземной экосистемы может быть лучше оставить растительные остатки на поверхности.

Концепция сокращенной обработки

Минимальная обработка важна, потому что она уважает естественное состояние почвы. Один из способов — высевать мелкие семена на газон. Трава находится в относительно хорошем состоянии. Делаются узкие надрезы, и семена с удобрением распределяются по поверхности. Это позволяет проводить посев на почвах, подверженных эрозии, сохраняя при этом устойчивость газона к эрозии. Этот метод подходит для зимнего выпаса в юго-восточной части США.

Другой способ — ротационное (поочередное) выращивание культур. Почва разрыхляется, и семена высеваются непосредственно по колеям трактора. Вес трактора разбивает комья почвы. В конечном итоге семена оказываются окруженными плотной почвой. Нет дополнительных проходов. Нет дополнительного уплотнения помимо давления, уже создаваемого трактором.

Вы также можете установить сеялку позади плуга. Это устраняет дополнительные проходы техники и оставляет рыхлое семенное ложе. Эффективно в районах с обильными осадками после посева. В некоторых регионах фермеры высевают пшеницу после выращивания гороха. После уборки гороха поля грубо вспахивают, и озимая пшеница высеивается непосредственно. Эти методы помогут вам свести расходы к минимуму. Они нарушают структуру почвы, снижают эрозию и увеличивают впитывание воды.

Химический контроль сорняков в настоящее время поддерживает эти системы. Потребность в механизированной обработке снижается. В результате уменьшается количество проходов техники. Улучшается структура. Сохраняется больше воды. Почва остается живой.

Сохранение растительных остатков на поверхности

Мульчирующая обработка не нова, но детали имеют значение. Оставляйте растительные остатки в почве. Они проникают вплоть до нижних слоев. Покровный слой остается в основном нетронутым.

В засушливых регионах следует сохранять как можно больше мульчи на поверхности. Во влажных регионах часть мульчи необходимо заделывать в почву. Важно балансировать увлажнение с другими потребностями.

Посевная машина использует дисковый сошник. Он прорезает слои мульчи и высеивает семена. Но есть проблема. Когда мульча разлагается, азот поглощается.

«Во влажных регионах дополнительное удобрение часто вносится под слой мульчи».

Фермеры заделывают питательные вещества в почву. Они удерживают их вдали от деструкторов, которые в противном случае связали бы их.

В регионах с высоким уровнем осадков междурядное выращивание обеспечивает дополнительный защитный слой. Можно высаживать мелкие злаки или сидераты, такие как люцерна или клевер, между рядами основной культуры.

Эти покровные культуры быстро созревают. Их высаживают до полного созревания основной культуры. Они обеспечивают долгосрочное мульчирующее покрытие.

Если культура-ловушка начинает забирать воду и питательные вещества у основной культуры, ее уничтожают.

Нарушение баланса с помощью момента захвата семян приведет к досрочному завершению процесса.

Водоснабжение в засушливых регионах

В засушливом земледелии существует одно правило. Оно означает использование каждой капли воды.

Вам нужны гребни, которые задерживают воду. Они должны способствовать инфильтрации.

Плуг Листера делает именно это. Двухкорпусный плуг. Также называется разрывателем межи.

Он отваливает почву в гребни. В бороздах скапливается вода. Она впитывается, а не стекает.

Эта техника решает проблему низкого уровня осадков. Это структурное решение гидрологической проблемы.

Типы удобрений и их значение

Хотя определение плодородия почвы просто, его практическое применение сложно.

Это способность почвы обеспечивать соединения. В нужном количестве. При правильном балансе.

Плодородие определяет успех, когда свет, влага, температура и структура благоприятны.

Если плодородие низкое, можно увеличить содержание ингредиентов. натуральных или искусственных.

Это удобрения. Этот термин обычно относится к неорганическим материалам. Не содержит извести или гипса.

На упаковке указан номер. Уровень 10-20-10.

Таким образом, азота 10%. 20% оксида фосфора. 10% калия.

Это не единственные три элемента, которые нужны растениям.

16 основных элементов

Растениям требуется не менее 16 элементов.

углерод, водород, кислород. Азот, фосфор, сера. Калий, кальций, магний.

Это основные элементы.

Углерод и диоксид водорода поступают из воздуха. Остальное поступает из почвы.

Некоторые элементы не являются обязательными. Натрий, йод, кобальт. Кремний и алюминий.

Растения могут их содержать. Но для роста они им не нужны.

Общее количество питательных веществ в почве обычно высоко.

Выше, чем потребности урожая.

Проблема не в доступности. А в скорости высвобождения.

Питательные вещества сильно связаны. Они находятся в форме, которая разлагается слишком медленно.

Фермеры измеряют доступный запас. Не общий запас.

Общий запас — это потенциал. Доступный запас — это реальность.

Органические и неорганические части

Почвенные твердые частицы могут быть органическими или неорганическими.

Органическое вещество варьируется от свежих растительных тканей до гумуса.

Гумус — это продукт разложения черного или коричневого цвета. Он очень стабилен.

Это хранилище азота, фосфора и серы.

Более 95% почвенного азота поступает из органического вещества.

Содержит 5–60% общего фосфора.

Содержит 10–80% общей серы.

Эти элементы циркулируют по всей биосфере.

Почвенное органическое вещество является резервуаром этого цикла.

Если вы выращиваете бобовые без удобрений или навоза, растения потребляют органическое вещество для получения азота.

Что касается фосфора и серы, мы получаем лишь часть того, что нам нужно.

Неорганическая часть составляет большую часть почвы.

Происходит от горных пород. Проистекает из разрушения горных пород.

Песок и сilt удерживают больше питательных веществ, чем глина.

Эти минералы содержат структурно важные элементы.

Но они разлагаются медленно.

Запас часто недостаточен для хорошего роста.

Когда доступные питательные вещества иссякают, рост прекращается.

Отсутствующий элемент становится лимитирующим фактором.

Избыток определенных питательных веществ также может снизить урожайность.

Баланс — это всё.

Диагностика скрытого голода у растений

Определение истинных потребностей культур является основой современной технологии внесения удобрений. Иногда достаточно просто взглянуть, чтобы выявить проблему. Растения выглядят уставшими. Пожелтение листьев указывает на недостаток серы или азота. Дефицит железа может привести к обесцвечиванию тканей или их пожелтению.

Однако визуальная диагностика — это ловушка.

Засуха имитирует стресс от недостатка питания. Неадекватные методы обработки могут приводить к ложным симптомам. Болезни часто выглядят точно так же, как минеральное голодание. Если полагаться только на зрение, можно ошибочно определить «врага». Для проблем, которые не являются очевидными, необходимы точные данные. Необходимо измерить масштаб проблемы. Нужно знать точный тип и количество удобрений, необходимых для достижения целей по урожайности.

Нет ничего лучше практического подхода. Мы начинаем с проверки состояния растений и почвы на месте. Затем проводим простой тест на содержание удобрений. Экспресс-анализ тканей растений. Комплексная лабораторная работа с почвой и растениями.

После полевой диагностики требуется подтверждение. Работают тепличные эксперименты. Полосовые испытания в полевых условиях. Полосовое испытание позволяет добавлять подозреваемые недостающие элементы по отдельности или в комбинации. Вы наблюдаете за ростом. Реакция говорит сама за себя.

Следующая сложность заключается в определении масштаба проблемы.

Фактическая питательная способность почвы была продемонстрирована в полевых экспериментах, где питательные вещества вносились в разных дозах. Реакция урожая на внесение выявляет недостатки. Значительный рост урожая означает, что почва испытывает дефицит данного элемента питания. Однако такие эксперименты дороги. Они отнимают время и деньги.

Именно поэтому существуют лаборатории по анализу почвы. Они проводят химические тесты для оценки доступности питательных веществ. Будьте осторожны с коммерчески доступными наборами для тестирования. В зависимости от методики и интерпретации результаты могут быть значительно неточными.

Какая система является наиболее точной?

Лабораторный анализ частей растений. Содержание в листьях является ключевым показателем. Корреляция этой информации с реакцией урожая, полученной в ходе полевых испытаний, дает наилучшую оценку дефицита.

Дистанционное зондирование набирает обороты. Инфракрасная фотография и аналогичные методы изучаются. В ближайшем будущем они могут стать наиболее ценными инструментами в таких оценках, но пока лабораторные исследования остаются золотым стандартом.

Экономика удобрения

Истинная цель проста. Речь идет о том, чтобы определить, сколько питательных веществ следует добавить.

Фермеров не интересует биология. Их интересуют прибыль. Они хотят знать отдачу от инвестиций, если они купят дополнительные удобрения. Этот тест интерпретируется как оценка роста урожая. Вот и всё.

Затраты должны быть сбалансированы со стоимостью урожая. Или с альтернативными инвестициями. Что, если эти деньги принесут большую прибыль в другом месте?

Технология удобрения регулируется законом убывающей отдачи.

После определенной точки тот же объем затрат приносит все меньше дополнительных результатов. Вы просто выбрасываете деньги на ветер. Цель — найти наибольшую маржу прибыли. Не самую высокую, а самую рентабельную.

Идеальное использование минимизирует передозировку. Избегайте внесения удобрений в неподходящее время. Расточительство бьет по карману фермеров. Оно также наносит ущерб близлежащим водоемам.

Сток удобрений загрязняет воду. Его воздействие выходит за пределы конкретного участка. Это отрицательный внешний эффект. На регулируемом рынке эти затраты не учитываются.

При правильном управлении удобрения могут принести благотворные изменения в сельское хозяйство. Операторы снижают затраты на единицу продукции. Увеличивают общую доходность за счет повышения норм внесения на ключевые товарные и кормовые культуры.

Этот финансовый буфер позволяет инвестировать. В защиту почвы и воды. В другие улучшения. Оставшуюся возделываемую площадь можно перевести в другие виды использования.

Навоз

Реальная, но непростая природа навоза

Экскременты — это не просто отходы. Это основа органического земледелия.

Использование синтетических удобрений строго запрещено на сертифицированных органических фермах. Поэтому отходы животноводства, моча, солома и подстилка являются важнейшими источниками питательных веществ. Это не химический порошок. Это живая, разлагающаяся экосистема.

Но обращение с ним представляет собой регуляторное минное поле. Поскольку сырой навоз содержит человеческие патогены, Министерство сельского хозяйства устанавливает строгие правила. Вы не можете просто разбросать его за день до сбора урожая. Если культура контактирует с землей, сырое удобрение должно быть внесено не менее чем за 90 дней до сбора урожая. Если та часть растения, которую вы едите, остается над землей? Тогда требуется 120 дней.

Для трудолюбивых есть лазейки. Если навоз правильно компостировать (переворачивать 5 раз за 15 дней и поддерживать температуру от 55°C до 77,2°C), риск патогенов сводится к нулю. Тогда его можно вносить в любое время.

Многие фермеры пропускают этап компостирования. Это требует усилий. Это занимает время. А навоз — капризная штука.

Почему синтетика имеет преимущество в балансе

Это суровая правда экономики. Навоз — слабое удобрение.

Соотношение питательных веществ составляет примерно 0,5-0,25-0,5. Это азот, оксид фосфора и калий. Две трети этого азота действуют медленно. Вы не получаете мгновенного эффекта.

Сравнение с коммерчески доступными гранулами. Одна тонна (900 килограммов) среднего навоза примерно эквивалентна мешку высококачественного синтетического удобрения. Однако стоимость покупки синтетических мешков низка по сравнению с транспортировкой, хранением и разбрасыванием тонн влажных удобрений.

Гораздо дешевле использовать 100 фунтов (45 кг) удобрения с составом 10-5-10, чем использовать 2000 фунтов удобрения. На обрабатываемых землях возврат инвестиций в синтетические_inputs обычно превышает возврат инвестиций в органические вещества. Вы не можете контролировать скорость внесения удобрения, как при использовании регулируемого разбрасывателя. Это очень грязно. Это нестабильно.

По этой причине навоз десятилетиями недооценивался как надежный источник удобрений. Он не обеспечивает питательными веществами так, как искусственные аналоги, и не дает «ничего такого», чего не дают синтетические удобрения.

За исключением одного места: развивающихся стран.

Удобрения — это король там, где труд дешев, а импорт синтетики дорог. Он доступен. Он бесплатен. Он также может поддерживать жизнь почвы, когда альтернативные химикаты недоступны.

Реальная ценность: структура почвы, а не питательные вещества

Если удобрения настолько химически уступают синтетике, почему органические фермеры так сильно на них полагаются?

Потому что главное преимущество не химическое. Это физическое.

Экскременты обеспечивают гумус. Это улучшает структуру почвы. Увеличивает удержание влаги. Улучшает аэрацию. Он питает микроорганизмы, которые заставляют почву «дышать».

При внесении в верхний слой почвы он действует как губка. Он может предотвратить эрозию, вызванную сильными дождями. Замедляет испарение. Его ценность как мульчирующего материала (защита структуры почвы) часто гораздо выше, чем его ценность как источника питательных веществ. Вы не просто кормите растения, вы создаете среду обитания.

Зеленое удобрение: выращивайте свое собственное удобрение

Во влажном климате фермеры часто выращивают культуры специально для их заделки в почву. Это зеленое удобрение.

Вы сажаете травы или бобовые. Даете им расти. Возможно, выпускаете на них скот. Затем запахиваете их в почву. Корни бобовых содержат клубеньковые бактерии, которые фиксируют атмосферный азот непосредственно в почве.

Преимущества очевидны. Добавляется азот. Повышается плодородие. Можно уменьшить эрозию. Вы предотвращаете вымывание питательных веществ.

Но это не идеально. Культуры могут расти неправильно. Затраты на выращивание и культивирование растений могут превысить стоимость покупки коммерческих азотных удобрений. Существует риск занесения болезней, насекомых и нематод. И это может истощать влажность почвы.

Эти культуры обычно сажают осенью и запахивают весной перед посадкой основных летних культур, таких как кукуруза и хлопок. Картофель и кукуруза дают чудесные результаты. Для арахиса, который сам является бобовым, это сомнительно.

Фермеры отказываются от специализированных культур зеленого удобрения. Они используются только как покровные культуры зимой, защищая землю, когда больше ничего не растет.

Добавки против удобрений

Затем есть компост, торф и осадки сточных вод.

Их редко используют в качестве основных удобрений. Содержание питательных веществ для растений слишком низко. Это кондиционеры почвы.

Вы смешиваете их. Вносите в больших количествах. Они не питают растение напрямую. Они исправляют среду, в которой растет растение.

Медленное разложение компоста и стоимость торфа

Компост представляет собой массу разложившихся органических веществ, полученных из растительных отходов. Обычно рекомендуется добавлять азот в процессе разложения. В результате получается рыхлый материал, который при внесении в почву не конкурирует с сельскохозяйственными культурами за азот. При правильном приготовлении он не имеет неприятного запаха. Компосты обычно содержат около 2% азота, от 0,5 до 1% фосфора и около 2% калия; если во время компостирования добавляются фосфорные и калийные удобрения, эти показатели выше. Азот из компоста становится доступным для растений постепенно и никогда не достигает уровня доступности, характерного для неорганических источников. Медленное высвобождение азота снижает вымывание и обеспечивает доступность питательных веществ в течение всего вегетационного периода. Компосты по сути являются удобрениями с низким содержанием питательных веществ, что объясняет необходимость внесения больших количеств. Максимальная польза компостов для структуры почвы (улучшение агрегации, распределения пор и влагоудержания) и для урожайности культур обычно проявляется после нескольких лет использования.

На практике в сельском хозяйстве использование компостированных растительных остатков следует сравнивать с использованием свежих остатков. Более благоприятное воздействие на почву обычно достигается при меньших трудозатратах путем просто заделки свежих остатков в почву; кроме того, поскольку половина органического вещества теряется при компостировании, свежие остатки, внесенные в той же норме, покроют площадь в два раза большую, чем компостированные. Однако в районах, где коммерческие удобрения дороги, труд дешев, а техника проста, компостирование отвечает потребностям и является логичной практикой.

Торф, состоящий из доисторических растительных остатков, накопленных в бескислородных условиях на болотах, широко используется в качестве органического улучшителя почвы. Торф содержит менее 1% азота, а фосфор и калий присутствуют в количестве менее 0,1%. Он также обладает высокой кислотностью, с показателем pH от 3 до 4,5 (значение pH 7 является нейтральным, а значения выше 7 — щелочными). Торф улучшает водоудерживающую способность почв и улучшает структуру тяжелых почв. Он в основном используется производителями специализированных культур, а также на газонах и в садах. Учитывая, что добыча торфа и изменения в землепользовании, наносящие ущерб болотам, являются основным источником выбросов парниковых газов, использование торфа во 21 веке все чаще не рекомендуется в попытке защитить эти ценные экосистемы.

Осадочный ил — это твердый материал, остающийся после очистки сточных вод; он не разрешен в сертифицированном органическом земледелии, хотя используется в других, неорганических условиях. Его ценность для улучшения почвы зависит от метода очистки сточных вод. Активный ил, образующийся в результате аэробной (кислородной) обработки, содержит 5–6% азота и 1–3,5% фосфора. После соответствующей обработки он продается в качестве удобрения и как улучшитель почвы для использования на газонах, в парках и на гольф-полях. В сельском хозяйстве он используется редко, так как существуют опасения, что даже обработанные сточные воды могут содержать вредные бактерии, вирусы, остатки фармацевтических препаратов и тяжелые металлы.

Известковые материалы и методы их внесения

Известкование для снижения кислотности почвы широко применяется в влажных районах, где осадки вымывают из почвы кальций и магний, создавая тем самым кислую среду. Кальций и магний являются основными питательными элементами для растений, поставляемыми известковыми материалами. Для этой цели широко используется молотый известняк; его активным компонентом является карбонат кальция, который вступает в реакцию с почвой, снижая ее кислотность. Затем кальций становится доступным для использования растениями. Обычные известняки, особенно доломитовые, также содержат карбонат магния, тем самым поставляя магний растениям.

Другим известковым материалом является_basic slag_ (основная шлаковая мука), побочный продукт производства стали; его активным ингредиентом является силикат кальция. Мел и мергель — это мягкие непурные формы известняка, которые иногда используются в качестве известковых материалов, как и ракушки устриц. Сульфат кальция (гипс) и хлорид кальция, однако, не подходят для известкования, так как, хотя их кальций легко растворим, они оставляют после себя вредный остаток.

Известь вносят, равномерно смешивая ее с поверхностным слоем почвы. Ее можно вносить в любое время года на землях, вспаханных под весенние культуры или озимые зерновые, или на постоянных пастбищах. После внесения вспашка, дискование или боронование смешивают известь с почвой. Такая обработка обычно необходима, поскольку кальций в большинстве почв медленно мигрирует вниз. Известь обычно вносят с помощью грузовиков, специально оборудованных и принадлежащих операторам, предоставляющим услуги на заказ.

Как фермеры действительно вносят питательные вещества в почву

Фермеры не просто разбрасывают удобрения и надеются на лучшее. Они выбирают между твердыми, жидкими или газообразными удобрениями, руководствуясь простым, но жестким математическим вопросом: как получить максимальный урожай, не тратя лишние деньги и трудовые ресурсы? Каждый выбор — это компромисс.

Удобрения бывают двух видов. Жидкие удобрения хранятся в резервуаре, пока их не перекачивают в опрыскиватель или систему орошения. Это экономит физические усилия. Но при этом они имеют очень резкий запах. Запах был настолько сильным, что соседи жаловались. Твердые удобрения устроены иначе. Разбрасыватель измельчает их и равномерно распределяет по полю. Это можно делать зимой, когда земля промерзла. Но нельзя делать это, когда культура уже растет. В этом случае уже слишком поздно.

Гранулированные удобрения стали умнее. Конструкция оборудования поспевает за развитием химии. Теперь можно вносить удобрения при посадке, подкормке или разбрасывании с высокой точностью. Насадка устанавливается на большинство сеялок и культиваторов, монтируемых на трактор. Некоторые модели крепятся к зерновым сеялкам. Ключевой момент — правильное размещение. Вы вносите удобрение вместе с семенами. Семена не получают ожогов. Удобрение находится там и готово предоставить питательные вещества именно тогда, когда растениям они нужны больше всего.

Положение имеет решающее значение. Некоторым культурам может потребоваться полоса питательных веществ над семенем. Вот что еще нужно знать: если вы допустите ошибку, вы можете погубить урожай. Если сделаете все правильно, получите преимущество.

Опасное накопление безводного аммиака

Жидкие и газообразные удобрения становятся более распространенными. Безводный аммиак является крупнейшим представителем этой группы. Это жидкость под давлением. При попадании в воздух он быстро превращается в газ. Он мощный. Это также опасно. Очень коррозионно-активен. Легковоспламеняем. Если обращаться с ним неправильно, люди могут пострадать.

Именно поэтому оборудование для его применения также специализированное. Лемеховидное лезвие прорезает почву. Аммиак подается по трубе сзади на глубину 13–15 сантиметров под поверхностью. Эта труба снабжается водой из напорного бака, установленного сверху. Это удерживает газ там, где ему и положено быть.

Жидкие комплексные удобрения, содержащие азот, фосфор и калий, предлагают еще одну возможность. Их хорошо вносить непосредственно на почву. В качестве альтернативы можно опрыскивать листья густых культур. Самолеты могут быстро обрабатывать большие площади. Не имеет значения, сухая это смесь или жидкая. Возможности безграничны.

Что происходит после внесения удобрений?

Посмотрите, где мы находимся сейчас. Будущее за высокой концентрацией. Смеси, богатые питательными веществами для растений, становятся мейнстримом. Азот — самый дорогой из трех элементов. Все хотят снизить затраты. Появляется более эффективный метод доставки.

Увеличивается использование безводного аммиака, нитрата аммония и мочевины. Ученые изучают азот, устойчивый к вымыванию. Реакция уреаформирования производит уреаформ. Он удерживает азот, предотвращая его вымывание. Метафосфат аммония является альтернативой концентрированным жидким удобрениям. Он чище. Он сильнее.

Также увеличивается использование микроэлементов. Это следовые элементы, характерные для определенной географической зоны. Цинк можно добавлять, если в почве наблюдается его дефицит. Индивидуальные смеси на основе надежных данных о почве становятся нормой. Продажи таких индивидуальных смесей растут. Эпоха «универсального решения» больше не актуальна.

Затем есть «идеальное для окружающей среды» семя. Представьте себе биоразлагаемую ленту. Она содержит семена, удобрения и воду. Вы высаживаете ленту — и всё. Больше не нужно вносить удобрения. Больше не нужно поливать, пока не сформируется корневая система. Это уже происходит с домашними садоводами. В малых масштабах. Но логика применима ко всему. Если это работает для томатов, это работает и для кукурузы.

Более крупные и точные машины будут следовать за этим. Автоматизация устраняет необходимость угадывания в точном земледелии.

Как севооборот определяет состояние земли

Аграрные системы являются основой здоровья почвы. Это вид и последовательность культур, выращиваемых с течением времени. Некоторые фермеры практикуют севооборот. Разные растения каждый год. Это прерывает цикл размножения вредителей. Это балансирует потребности в питательных веществах.

Некоторые практикуют монокультуру. Каждые год. На одном и том же участке. Это эффективно для техники. Это помогает в маркетинге. Однако это иссушает почву. Это провоцирует болезни. Выбор определяет долгосрочную жизнеспособность земли.

Севооборот — это не просто традиция. Это химия. Это экономика. Это выживание.

Фермеры давно знают, что севооборот способствует развитию земли. Ранние эксперименты показывают, что регулярная ротация бобовых трав может поддерживать плодородие почвы. Это помогает поддерживать хорошую структуру почвы. Это также снижает эрозию.

Люцерна, сладкий клевер, ледино-клевер часто подозреваются в накоплении азота. Они извлекают его из воздуха и отдают в почву. Однако не все бобовые оказывают эту помощь. Соя не оставляет после себя азота. Азот фиксируется в белках собираемых семян. Однако запахивание надземной части бобовых добавляет азот в почву.

Севооборот между зерновыми и бобовыми обычно увеличивает урожайность. Проблема заключается в поиске причины. Может ли это быть избыток азота? Или, возможно, структура почвы становится лучше? Также может быть меньше насекомых и болезней. Разделить эти факторы сложно.

Какие культуры дополняют друг друга?

Определение наилучшего севооборота сводится к одному вопросу: конкурируют ли эти растения друг с другом или дополняют друг друга?

Взаимодополняемость возникает, когда одна культура или практика обработки почвы удовлетворяет потребности следующей культуры. Это увеличивает общую продуктивность. Злаки и бобовые часто дополняют зерновые и пропашные культуры. Они обеспечивают азотом. Они контролируют эрозию и вредителей. Они значительно улучшают структуру почвы и, таким образом, увеличивают урожайность.

Обратное также верно. В некоторых прерийных почвах глубококорневые бобовые поглощают слишком много воды. Посев кукурузы после многократной вспашки фактически улучшает последующее производство кормов. В районах с высоким количеством осадков или орошением кормовые угодья могут погибнуть из-за вымерзания зимой, болезней или выпаса. Оставлять землю под паром, когда она остается под зерновыми культурами на один год.

В субгумидных регионах, таких как Великие равнины, паровые земли являются дополнением для пшеницы и других мелких зерновых. Этот тип севооборота очень полезен для урожайности пшеницы. Но есть пределы. В конце концов, вступает в силу закон убывающей отдачи, и взаимодополняемость заканчивается. Они уступают место конкуренции.

Как предотвратить эрозию почвы с помощью севооборота

Мотивация прибыли направляет краткосрочные и долгосрочные решения. Фермеров беспокоит связь между системами земледелия и эрозией почвы. Сток поверхностного слоя в ручьи и реки вреден для общественной политики. Это также может привести к финансовым потерям. Ротация, способствующая эрозии, сводится к минимуму.

Потери почвы минимальны при непрерывном травостое. Они максимальны при непрерывном выращивании пропашных культур. Если вы чередуете пропашные культуры с травостоем, это со временем снижает чувствительность пропашных культур к эрозии.

Некоторые растения хуже других. Арахис, картофель, табак, хлопок, сахарная свекла и многие другие овощи требуют частой обработки почвы. После сбора урожая остатки сводятся к минимуму. Это те участки, которые с наибольшей вероятностью вызывают сильную эрозию. Кукуруза, сахарный тростник и сорго менее подвержены эрозии. Требуется меньше сельскохозяйственных работ. Они оставляют больше остатков. Мелкие злаки, такие как пшеница, овес, ячмень и рожь, обычно вызывают меньшую эрозию, чем пропашные культуры. Среди травянистых культур травы или смеси трав и бобовых менее подвержены эрозии, чем чистые бобовые, такие как люцерна.

К счастью, системы, контролирующие эрозию, часто приводят к лучшей урожайности. Эрозионные системы вымывают питательные вещества и воду. Неэрозионные системы позволяют растениям использовать их.

Если это монокультура

Монокультура (практика выращивания одной и той же культуры на одной и той же земле из года в год) в прошлом не была широко успешной. Небобовые культуры потребляют азот из почвы. Производство снижается. Это особенно верно в влажных регионах.

Дешевые азотные удобрения изменили восприятие. Фермеры начинают пересматривать преимущества монокультуры. Реальным испытанием является то, могут ли системы монокультуры давать больше, чем системы севооборота, сохраняя при этом продуктивность почвы.

Почему монокультура работает

Во-первых, почва варьируется от фермы к ферме. Монокультура позволяет высаживать культуры в почву, наиболее подходящую для каждой из них. Кормовые культуры можно оставлять на крутых склонах, чтобы минимизировать эрозию. Пропашные культуры выращивают на лучших почвах с пологими склонами. Влажные участки можно засаживать растениями, не требующими ранней весенней обработки полей. Сухие почвы можно использовать для выращивания засухоустойчивых культур, таких как сорго и озимые зерновые.

Во-вторых, плодородие почвы можно корректировать более точно для одной культуры, чем для всего цикла культур.

В-третьих, если продолжать высаживать многолетние кормовые культуры, можно избежать регулярного повторного посева. Все семена несут риск неудачи. Избегание этого является преимуществом.

В-четвертых, системы монокультуры предлагают большую гибкость. Посевные площади можно перераспределять с одной культуры на другую, чтобы реагировать на ежегодные изменения спроса. Вы не нарушаете общий план севооборота всего хозяйства.

Повторное применение методов сопряжено с высокими затратами

Монокультура — это не просто выращивание одной культуры. Это игра с высокими ставками, требующая управленческих навыков. Нельзя просто посеять и надеяться на лучшее. Вы должны точно знать, что делаете.

При севообороте, основанном на травянистых культурах, природа берет на себя большую часть тяжелой работы. А как насчет монокультуры? Вам приходится делать все самому.

Если вы выращиваете культуры, кроме бобовых, каждый год, вам приходится покупать азотные удобрения или использовать минеральные подкормки. Бесплатных обедов в мире не бывает. Постоянная обработка почвы превращает ее в пыль. Если продолжать пахать, земля превратится в прах. Происходит эрозия.

Затем появляются вредители. Без севооборота, прерывающего их циклы, вы оказываетесь на «химической беговой дорожке». Инсектициды. Фумиганты. Гибриды, устойчивые к болезням. Вы становитесь от них зависимыми.

Выбор системы посева — задача не из легких. Вы хотите высокой продуктивности. Вы хотите сохранить плодородный слой почвы. Вам нужна работающая бизнес-модель. Эти цели часто противоречат друг другу. Системный анализ может помочь. Он наводит порядок в хаосе. Но выбор все равно остается сложным.

Враги подступают близко

Культуры не могут расти в вакууме. Они находятся под постоянной осадой.

Насекомые. Болезни. Нематоды. Грызуны. Сорняки. Даже сам воздух может стать врагом. Эти факторы снижают урожайность. Они лишают нас пищи. Они портят запасы, хранящиеся в силосах.

Насекомые наиболее агрессивны. Они могут уничтожить урожай за считанные дни.

Ученые и фермеры борются с ними уже десятилетиями. Мы еще не победили. Борьба продолжается. И ситуация усложняется.

Когда мы опрыскиваем поля для уничтожения вредителей, мы часто убиваем и «хороших парней». Медоносных пчел. Паразитов. Хищников. Все естественные враги вредителей оказываются под перекрестным огнем.

По крайней мере 10 000 видов насекомых считаются нежелательными. Сотни из них действительно опустошительны. Они поедают нашу пищу. Они поедают корма для скота. Они распространяют болезни растений и животных.

Это война на истощение. У нас нет простых решений.

Двусторонний меч химикатов

Инсектицицы эффективны. Они дешевы. Они безопасны, если обращаться с ними правильно.

Но безопасность имеет свою цену.

Рассмотрим, например, хлорированные углеводороды, такие как ДДТ. Они оставляют остатки. Эти остатки могут отравлять полезных насекомых. Они убивают рыбу. Они сохраняются в почве. Они обнаруживаются в мясе и молоке.

Затем возникает проблема резистентности. Насекомые эволюционируют. Они не чувствительны к хлорированным углеводородам, органофосфатам и карбаматам. Химикаты перестают действовать.

Требуется новые химикаты. Более безопасные. Необходимы нехимические методы. Поиск продолжается.

Органофосфаты и карбаматы обеспечивают иные механизмы действия. Малаатион и карбарил являются распространенными примерами. Они не сохраняются в окружающей среде так долго, как ДДТ. Их можно применять ближе к уборке урожая. Они безопаснее для качества мяса и молока. Они обеспечивают лучшую защиту для дикой природы и рыб.

Они не безвредны. Они опасны для тех, кто ими пользуется. Будьте осторожны.

Важна также эффективность. Некоторые химикаты требуют лишь небольших количеств для достижения эффекта. Это привело к появлению технологии ультрамалообъемного опрыскивания. Химикаты распыляются в неразбавленном виде с использованием специального оборудования. Объемы использования снижаются. Вы платите меньше. Экологическое воздействие уменьшается.

6–16 унций малаатиона на акр отпугивают саранчу, долгоносиков, колорадских жуков, комаров и жуков-щелкунов. Вот и все.

Также возможен вариант использования гранул. Опрыскивание — не единственный способ. Использование гранул снижает количество необходимых химикатов. Они также уменьшают вред для полезных насекомых. Меньше сноса ветром. Меньше стока.

Системные препараты полностью меняют правила игры. Это химикаты, которые поглощаются растениями. Их вносят вместе с семенами при посеве. Растение впитывает яд. Если насекомые пытаются поесть листья или стебли, они погибают.

Полезные насекомые, которые не едят растение, остаются живы. Атака происходит изнутри. Защита носит биологический характер.

Разрыв цепи без химии

Зависимость от химикатов имеет свои пределы. Резистентность постепенно возрастает. Остатки накапливаются. Растут расходы.

Нехимическое управление — не единственная опция. Это необходимость.

Биологический контроль использует собственное оружие природы. Хищники. Паразиты. Патогены. Мы используем или поощряем эти факторы для контроля популяций вредителей. Это не происходит мгновенно. Это требует терпения. Но это дополняет экосистему, а не наоборот.

Агротехнические приемы также важны. Севооборот может прервать цикл развития вредителей. Сроки посева можно корректировать, чтобы избежать пиковых периодов. Гигиенические проверки не оставляют мест для зимовки насекомых.

В игру вступают физические барьеры. Сетки. Ловушки. Укрывной материал. Они полностью защищают ваши культуры от насекомых.

Генетическая устойчивость — еще один фактор. Выращиваемые нами растения неприятны для вредителей. Или они производят собственные яды. Кукуруза Bt является хорошо известным примером. Она производит белки, токсичные для определенных личинок. Опрыскивание не требуется.

Каждый подход предполагает компромиссы. Биологический контроль медленный. Агротехнические приемы требуют знаний и планирования. Установка физических барьеров может быть дорогой. Генетическая устойчивость может быть преодолена эволюционирующими вредителями.

Цель — не уничтожить всех насекомых. Цель — удержать популяцию ниже уровня экономических потерь. Не обязательно быть полностью свободным от вредителей. Нам нужны «доступные» по стоимости вредители.

Интегрированная защита растений (IPM) — это сочетание этих инструментов. Используйте мониторинг, чтобы решить, когда действовать. Отдавайте предпочтение нехимическим методам. Используйте химикаты только при необходимости. Выбирайте наименее токсичный вариант.

IPM — это не отдельная техника. Это стратегия. Ментальное состояние.

Она признает, что мы не можем полностью контролировать природу. Мы можем лишь влиять на нее. Мы должны делать это мудро.

Будущее сельского хозяйства зависит от этого баланса. Химикаты все еще играют роль. Но их роль снижается. Бремя переносится на биологию, контроль и точность.

Мы учимся бороться умнее. Борьба с вредителями еще не окончена. Но стратегии меняются. Быстро.

За пределами бутылки: как физика и биология заменяют пестициды

На протяжении десятилетий мы полагались на химическое опрыскивание. Это был ход по умолчанию. Однако устойчивость вредителей растет, а ущерб окружающей среде нельзя игнорировать. Это изменение обусловлено не только моральными соображениями. Это очень практично. Новые методы заполняют пробелы, используя свет, звук, тепло и даже генетику для контроля вредителей, не превращая поля в зоны химического стока.

Давайте сначала рассмотрим нехимические инструменты. Светоловушки существуют уже много лет. Они работают. Отчасти. Они показали большой успех против яблонной плодожорки и табачного рогоноса. Но они не являются панацеей. Это лишь маленькие кусочки большой головоломки.

Затем есть простая физика отражения. Разложите в своем огороде отражающие алюминиевые полосы в качестве мульчи. Тли ненавидят яркий свет. Они уходят. Это защищает огурцы, тыквы и арбузы от мозаичных заболеваний. Вот ключевой момент. Инсектициды здесь часто терпят неудачу не потому, что они не убивают тлю, а потому, что убивают ее слишком медленно. Вирус распространяется до того, как жук умирает. Зеркало работает мгновенно. Цепь передачи прерывается.

Поле битвы для хранимых продуктов отличается. Не нужен опрыскиватель. Требуется контроль климата. Жара или холод убьют большинство насекомых-вредителей хранилищ. Регулируя газовую смесь в силосе и корректируя уровни кислорода, азота и углекислого газа, вы можете лишить животных пищи или задушить их. Это чисто. Это работает хорошо.

Но что насчет звука? Это звучит как научная фантастика. Это не так. Исследования показали, что когда взрослые индийские мучные моли подвергаются воздействию определенных звуковых длин волн во время откладки яиц, их репродуктивная способность снижается на 75 процентов. Мучные хрущаки реагируют так же. Технология все еще созревает. Но принципы имеют смысл. Физическая энергия может убивать. Световые волны. Электрическое поле высокой частоты. Радиочастоты. Гамма-лучи. Некоторые из них уже готовы. Большинство многообещающи.

Агротехнические методы — основа старого подхода. Уничтожение растительных остатков. Глубокая вспашка. Севооборот. Мудрое использование удобрений. Полосное земледелие. Стратегический полив. Посадка по плану. Эти практики могут снизить ущерб. Они не устраняют сильные заражения. Полагаться только на них — это азартная игра.

Биологическая контратака

Общественный интерес к биологическому контролю по-прежнему высок. И должен быть. Мы говорим об использовании врагов самой природы против наших врагов. Паразиты. Хищники. Болезни. Простейшие. Нематоды. Эти агенты атакуют вредителей напрямую.

Однако у биологии есть свои ограничения. Природа балансирует сама себя. Прежде чем популяция хищников взорвется, ей нужна большая популяция хозяев для питания. Иногда хищники outnumber их в соотношении 10:1. Это игра чисел. Тем не менее, биологический контроль был большим успехом. Японский жук. Европейская кукурузная моль. Тли люцерны. Люцерновый долгоносик. Эти популяции контролируются хищничеством, а не ядом.

Микробные агенты — следующий рубеж. Существует около 1100 видов вирусов, бактерий, грибов, простейших, риккетсий и нематод, паразитирующих на насекомых. Красота заключается в специфичности. Многие патогены нацелены на один вид насекомых. Они не вредят людям. Они не вредят домашним животным. Логистика становится препятствием. В настоящее время производство, упаковка и распространение этих патогенов сложны. Но если удастся масштабировать это так же, как в производстве агрохимикатов, ситуация полностью изменится.

Устойчивость растений — идеальное решение. Вид растения, который не подвергается легким атакам. Точка. Вопрос? Их выведение занимает много времени. Это не повсеместно. Это медленный процесс.

Далее идет стерилизация. Здесь становится интересно. Гамма-лучи стерилизуют самцов насекомых. Мы выпускаем их в дикую природу. Они спариваются с дикими самками. Яйца не вылупляются. Коллапс популяции. Это эффективно против оводов. Эффективно против плодовых мух. В некоторых районах она заменила химикаты. Для вредителей это генетический тупик.

Химические аттрактанты идеально дополняют это. Запах привлекает насекомых. Ловит их. Обрабатывает небольшим количеством стерилизанта. Объем низкий. Высокая точность.

Интегрированное будущее

Есть ли одна волшебная пуля? Вероятно, нет. Ответ кажется скорее стратегией. «Интегрированный контроль».

Это означает координацию нескольких подходов. Это не «или/или». Это «и/и».

Рассмотрим пятнистую люцерновую тлю, обитающую в Калифорнии. Фермеры делают больше, чем просто опрыскивают пестицидами. Они используют устойчивые сорта культур вместе с системными инсектицидами. В чем хитрость? Этот химикат был выбран потому, что он не вредит паразитам или хищникам. Жук мертв. Полезные насекомые выживают. Контроль остается прежним.

Другой пример начинается с химических опрыскиваний. Но это лишь предварительное снижение численности. Давайте начнем с прореживания. Далее используйте приманки. Здесь вступает в игру технология стерильных насекомых. Тяжелую работу выполняет химия. Очистка и долгосрочное лечение — биологические.

Или посмотрите на табачного рогоноса. Используйте половые аттрактанты в светоловушках. Послеуборочные остатки обрабатываются тщательно. Устраните скрытые места обитания. Разорвите цикл жизни.

Главная ценность всех этих методов одинакова. Сокращение использования пестицидов.

В почве остается меньше химических остатков. Меньше стока в водотоки. Лучшая окружающая среда. Это изменение не просто избавляет от жуков. Это делает землю пригодной для жизни. Инструменты здесь. Наука обоснована. Вопрос в том, как быстро мы сможем принять этот комплекс мер.

Невидимая война против вредителей сельскохозяйственных культур

Насекомые привлекают основное внимание, но они не являются единственными врагами ваших посевов. Болезни растений и нематоды (микроскопические черви, скрывающиеся в почве) могут уничтожить целые поля. Это особенно актуально в местах, где погода резко меняется. Эти вредители чрезвычайно разрушительны и иногда даже влияют на урожай.

Приносимый ими ущерб вызывает беспокойство. Он часто выглядит как последствия плохой погоды. Стресс от засухи? Нет, это был грибок. Повреждения от волн жары? Возможно, это инфекция нематод. Эпидемии не просто снижают урожайность. Они могут полностью уничтожить урожай.

Борьба с помощью химии и агротехники

Контроль болезней растений и нематод не является универсальным решением. Это сочетание устойчивых сортов, карантинных правил, прогнозов и химических препаратов. Многие вирусные заболевания растений переносятся насекомыми, поэтому борьба с насекомыми также может помочь предотвратить болезни.

Севооборот работает. Глубокая вспашка работает. Также эффективно сжигать стерню после уборки урожая. Сжигание уничтожает надземные организмы, снижая затраты на химический контроль. Но есть и компромиссы. загрязнение воздуха. Уничтожает органическое вещество в почве.

Иногда сжигание проводят по-другому. Пропановые пламена можно применять на живых растениях и стерне для уничтожения спор. Вирус сахарного тростника? Нагревайте черенки в духовке. Гниль стебля арахиса? Запахивайте остатки под землю или высаживайте семена на грядках и опрыскивайте гербицидами перед прорастанием.

Прогнозирование вспышек

Вы не всегда можете остановить эпидемию. Но вы можете предотвратить её начало. Успех зависит от применения химических препаратов «до начала вспышки».

Правительства помогают в этом. Службы прогнозирования болезней растений анализируют температуру, осадки, влажность и росу. С помощью этих факторов мы можем предсказать, когда появятся условия, благоприятные для развития болезни. Если прогноз указывает на влажную и теплую погоду, фермеры опрыскивают посевы пестицидами. Это защита на основе данных.

Проблема сорняков больше, чем просто внешний вид

Сорняки — это не только некрасиво. Они являются финансовым бременем. Они снижают урожайность. Они увеличивают затраты. Они мешают работе уборочной техники. Они снижают качество продукции.

Они также блокируют поток ирригационной воды. Они могут мешать использованию пестицидов. Они являются убежищем для возбудителей болезней.

Ранний контроль сорняков был ручным. Скашивание. Затопление. Культивация. Задушение. Сжигание. Севооборот. Эти методы по-прежнему важны. Но они больше не являются нормой.

Расцвет химии

После Второй мировой войны использование химических препаратов возросло экспоненциально. Почему? Потому что только культурные и механические методы контроля недостаточны. Существует биологический контроль, который привлекает насекомых, питающихся только сорняками, но это нишевый рынок.

Гербициды изменили всё. Они изменили способ ведения сельского хозяйства. Как они сажают? Как они убирают урожай.

Гербициды доступны в следующих формах: Смачивающиеся порошки. Гранулированный материал. Эмульсии. Растворы. Местные обработки могут быть выполнены. Рассыпание. Нанесение полосами. Нанесение непосредственно на определенные части растения. Для растворов или эмульсий они смешиваются с водой или маслом.

Опрыскивание против гранул

Опрыскивание — самый распространенный метод. Крошечные количества должны применяться равномерно. Разбавление может помочь. Спрей можно наносить непосредственно под растущим растением. Калибровка распылителя проще, чем калибровка гранулятора.

Гранулы имеют свою роль. Их преимущество в том, что… Однако использование гербицидов должно соответствовать плану фермы. Оптимальная дата зависит от стадии культуры. стадии сорняков. погоды.

Стоимость эффективности

Правильное использование гербицивов может снизить затраты. Это означает более дешевые продукты для потребителей. Рассмотрим хлопок. Использование гербицивов может снизить затраты на ручную борьбу с сорняками до 60%.

В развитых странах ручной труд исчезает. Слишком дорого. Химические машины для обработки заполняют эту нишу.

Они безопасны? Да, если использовать их по назначению. Для оператора. Для диких животных. Для скота.

Самый большой риск — не токсичность для людей. Это непреднамеренное повреждение культур. Дрифт. Остатки в почве. Проблемы могут возникнуть, если остатки попадут в водотоки.

Будущее химии

Будущее химических пестицидов и гербицивов является спорным. Производитель. Продавец. Пользователь. Экологический активист. Каждый вносит свой вклад.

Ценность обеспечения продовольственной безопасности по разумным ценам неоспорима. Химические препараты оказывают значительное влияние на это. Однако они оказывают негативное воздействие на окружающую среду. Они могут быть токсичны для многих организмов.

Это требует большего внимания. Вероятно, будет обусловлено законом. Использование нехимических методов контроля растет.

Уборка урожая и переработка сельскохозяйственной продукции

Сбор урожая не является универсальным решением. Он зависит от того, что именно вы выращиваете. Комбайны срезают зерно и перерабатывают его. Молотилка отделяет семена от растений. Комбайн выполняет обе функции: срезает, обмолачивает и очищает зерно одновременно. Эффективность имеет решающее значение.

Для кукурузы требуется иной подход. Механический комбайн для уборки кукурузы отделяет початки от стеблей. Вы получаете зерно и початки. Ничего больше. Обмолот может происходить прямо в поле или после сбора урожая. Это гибкий процесс.

Уборка хлопка требует времени. Стрижущий комбайн собирает всё с растения: раскрытые коробочки, нераскрытые коробочки. Всё это. Это лучше всего делать в конце сезона. Мороз убивает зелёную массу. Растение отмирает. Машина просто собирает урожай.

Машины для заготовки сена и кормов охватывают широкий спектр: косилки, дробилки, ворошилки, пресс-подборщики. Некоторые люди прессуют сено в гранулы или пеллеты. Способ хранения определяет метод. Силосы сохраняют корм сочным и ферментированным, а не сухим. Вы скашиваете культуры, чтобы сделать силос. Уплотняйте его плотно. Создайте анаэробную среду. Предотвратите появление плесени. Косилки для кормов выполняют эту работу. Они скашивают культуру сразу или подбирают уже скошенный ворох.

Механика работы с корнеплодами и специальными культурами

Корнеплоды — сложная задача. Копалки и копалки-подборщики поднимают их на поверхность. Но они приносят комья земли, камни и ботву. Раньше сортировку выполняли вручную. Теперь она механизирована. Современные комбайны для уборки сахарной свёклы выкапывают весь корнеплод, очищают от грязи и загружают в бункер. Ботву могут удалить заранее. Коровы её едят. Арахис — это другое дело. Его выкапывают вместе с ботвой, сушат, а стручки удаляют позже.

Табак — сложная культура. Классификация зависит от методов уборки и переработки. Табак, высушиваемый в печах (flue-cured), вырастает высотой 3–4 фута. Машины транспортируют рабочих. Они срезают листья и помещают их на конвейерную ленту. Связывание выполняется машиной или вручную.

С табачной культурой Burley дело обстоит иначе. Рабочие использовали мачете. Они прикрепляли стебли к шестам и вручную подвешивали их в сарае. Учёные пытаются механизировать этот процесс: резку, прокалывание и подвешивание. Это трудно. Ароматный табак, растущий в тени? Механизация здесь минимальна. Его всё ещё собирают вручную, связывают и подвешивают.

Уборка урожая с деревьев? Ручная или механическая тряска. Спаржа, салат, капуста? В основном собираются вручную. Существует нехватка рабочей силы. Затраты высоки. Томаты являются исключением. Механизация активно развивается.

Послеуборочная обработка и местные методы

Машина подготавливает урожай к транспортировке, хранению, рынку или использованию в качестве корма для скота. Прогресс идёт быстро. Появляются новые культуры. Урожайность растёт. Существует множество методов уборки. Меняются технологии. Всё это стимулирует инновации.

Сушка имеет важное значение. Традиционный метод? Распространить зерно на полу. Часто перемешивать. Подвергать воздействию солнечного света. Это распространено в развивающихся странах. Медленно. Зависит от погоды. Принудительная сушка воздухом даёт свободу. Вы можете выбрать время уборки урожая. Выбрать сорт. Популярна в тропических регионах. Добавьте тепло. Повысьте температуру. Ускорьте процесс.

Драйерация (dryeration) специфична для кукурузы. Влажная кукуруза попадает в пакетный или непрерывный сушильный аппарат. Теряется 10–12% влаги. Горячая кукуруза переносится в ёмкости для охлаждения. Выдерживается (темперирование) в течение шести–десяти часов. Проветривание и медленное охлаждение в течение 10 часов. Снижает повреждение зёрен. Увеличивает выход продукции.

Влажность сена опасна. Высокая влажность может вызвать гниение. Самовозгорание. Влажность свеже скошенного сена составляет 70%. Оно вянет до 40%. Для безопасного хранения его высушивают до 15%. Продуйте его воздухом. При необходимости увеличьте нагрев.

Комбикормовые заводы перемалывают зерно. Это помогает пищеварению. Материал получается грубым. Иногда его просто дробят. Современные мельницы позволяют перемалывать зерно, смешивать другие ингредиенты в необходимом количестве. Точность имеет важное значение.

Другие машины отделяют сорняки от семян, стебли, листья, грязь. Сортировщик распределяет семена по ширине, длине и толщине. Машины для сортировки и калибровки фруктов перерабатывают продукцию. Хлопкоочистительная машина отделяет семена от волокон.

Из-за климата, обеспечения рабочей силой и типа культуры всё ещё существуют региональные различия в технологиях. Машины адаптируются. Фермеры принимают решения. Почва имеет решающее значение.

Там, где небо не поставляет слишком много воды на землю, фермерам приходится проявлять творческий подход. Сухоземное земледелие — это название способа выращивания растений без помощи систем орошения. Подходит для районов с годовым количеством осадков менее 20 дюймов (508 мм). В районах с равномерным распределением осадков (например, менее 15 дюймов или 381 мм) обычно предпочтительной культурой является озимая пшеница. Если зимы слишком холодные и озимые сорта вымерзают, имеет смысл использовать яровую пшеницу. В этих засушливых районах также выращивают сорго.

При увеличении летних дождей хорошей культурой являются сухие бобы. Урожай здесь почти полностью зависит от дождей. Но уход за почвой столь же важен. Правильное управление почвой определяет, сколько дождевой воды фактически остается в земле для растений.

Больше дождей означает больше возможностей

Если вам повезло и выпадает не менее 15 дюймов (381 мм) дождя в год, ваши возможности значительно расширяются. Благоприятные условия почвы и влажности подходят для семян люцерны, ячменя и определенных трав (например, вейника гребенчатого). Речь уже не только о выживании. Речь идет о разнообразии.

Система отдыха: отдых земли

Этот метод уходит корнями в древние времена. Основная идея проста. Вы пахали землю, но посевы не проводились в течение некоторого времени. Это называется отдыхом (паром). Чередуя периоды посева пшеницы и отдыха, фермеры считают, что могут сохранить воду для следующего урожая. Сорняки уничтожаются. Уровень азота повышается. И когда идут дожди, почва готова поддержать растения.

Есть один нюанс. Голая почва подвержена эрозии. Ветер и вода могут унести её. Современные машины помогают снизить этот риск, но угроза остается постоянной.

Обработка, удерживающая воду

Новые сельскохозяйственные технологии доказывают свою эффективность. Традиционные плуги и дисковые плуги заменяются культиваторами-рыхлителями (чизелами) и плоскорезами. Эти инструменты рыхлят почву, не заделывая солому от предыдущего урожая. Это «сухоземный пар с остатками» (trashy fallow) сохраняет остатки на поверхности, экономит влагу и снижает эрозию.

Вспашка по контуру — еще одна стратегия. Задерживает сток на пологих склонах. Большие террасы сохраняют еще больше влаги. Если ваша земля крутая, вместо сезонных культур посадите постоянный покров, чтобы удерживать всё вместе.

Уплотнение — скрытый враг. Обработка почвы может создавать уплотненные слои глубиной 5–8 дюймов (12–20 см). Это препятствует проникновению воды. Фермеры иногда преодолевают эту проблему, высаживая люцерну с глубокой корневой системой или используя чизелы, заглубляемые под уплотненный слой. В результате сток уменьшается, а вода проникает глубже.

Время решает всё. Разрыхляйте почву осенью или ранней весной. Цель — предотвратить появление сорняков и самосева зерновых, которые отбирают воду, прежде чем у основной культуры появится время для роста. Культиватор-пальцевой может удалять сорняки в период отдыха. Посев сам проводится в узкие окна возможностей осенью или весной.

Удобрения: топливо для сухих земель

Азот является важной частью технологии сухоземного земледелия. Необходимое количество зависит от количества осадков.

• Осадки менее 13 дюймов (330 мм): около 20 фунтов азота на акр (22 кг на гектар).
• Возможны более обильные осадки: до 60 фунтов на акр (67 кг на гектар).

Эти цифры основаны на урожайности пшеницы, но также применимы к другим сухоземным культурам. Если годовое количество осадков составляет менее 12 дюймов (305 мм), вносите азот только тогда, когда прогноз влажности выглядит особенно благоприятным. Его можно вносить как осенью, так и весной. Его можно использовать в виде ленточного внесения или разбрасывания. Внесение нитратных удобрений весной эффективно. Осеннее использование аммиака также показало свою успешность. Местный климат и режим осадков определяют окончательный выбор.

Культуры и методы посадки

Выбранная культура часто определяет метод обработки. В такой сухой среде каждая капля воды на счету, поэтому метод столь же важен, как и семя.

Производство семян люцерны в засушливых районах — это не просто посадка семян и надежда на дождь. Требуется соблюдение определенного расстояния между рядами. Обычно оно составляет от 2 до 3 футов, или примерно 60–90 сантиметров. В первый год необходимо проводить культивацию междурядий. Если условия благоприятны, фермеры могут выращивать люцерну на корм. Эта практика выходит за рамки простого получения урожая: она накапливает азот, добавляет органическое вещество и улучшает структуру почвы для последующих культур.

Самое важное здесь — севооборот. Люцерну можно чередовать с пшеницей, если количество осадков составляет от 16 до 18 дюймов. Результат? Урожайность пшеницы увеличивается.

Но люцерна — не единственный вариант сухого земледелия. В этих засушливых районах также выращивают хлопок, арахис и сорго. Однако есть проблема. Если выращивать культуры на песчаной почве, приходится бороться с ветром. Сдувание почвы представляет собой серьезный риск. Хлопок и арахис не оставляют достаточного количества растительных остатков для защиты от ветра. Они обнажают землю. Сорго оставляет растительные остатки. Поэтому фермеры часто комбинируют эти культуры.

Используются чередующиеся полосы. 2 ряда сорго, затем 4–8 рядов арахиса. Это специальная техника, предназначенная для ослабления ветра. Другой вариант — двухлетний севооборот хлопка и сорго. Два ряда под посев, два ряда остаются под паром. Эта система защищает почву от эрозии. Она также помогает почве дольше удерживать влагу.

Тропическая проблема

Посмотрите на карту. Между Тропиком Рака и Тропиком Козерога. Это обширная полоса суши. Латинская Америка. Африка. Индия. Австралия. Юго-Восточная Азия. Климат здесь менее мягкий, чем в умеренных регионах. Он также менее благоприятен для проживания людей.

Погода делится на две общие категории. Теплая и влажная. Или погода теплая, но количество осадков недостаточное. В обоих случаях наблюдается обилие дождей. Из почвы вымываются питательные вещества. Температура в течение года высокая и мало меняется. Сочетание высокой температуры и обильных дождей приводит к быстрому разложению органического вещества. Почва в конечном итоге теряет гумус. Растения растут как сумасшедшие, но так же активно растут и сорняки, и размножаются насекомые и патогены. Ситуация немного меняется с высотой, что создает микроклимат, но основная проблема остается прежней.

Так что здесь растет? кокосы. пальмовое масло. Рис. сахар. ананасы. сизаль. какао. чай. кофе. джут. каучук. черный перец. бананы. Список длинный. Культуры, характерные для умеренной зоны, можно выращивать в высокогорных тропических районах. Однако количество земель, пригодных для действительно простого земледелия, ограничено.

Проблемы с вредителями

Почему земледелие в тропиках так сложно? Вредители. Сорняки. Болезни. Они процветают в жаре и влажности. Это сделало плантационную систему самой успешной моделью. Почему? Потому что у плантаций был капитал. Они могли финансировать необходимые меры контроля.

Другим вариантом является подсечно-огневое земледелие. Обработка земли до ее истощения. Затем перемещение на новую территорию. Эта традиция была распространена на протяжении веков. Тропические почвы быстро теряют свою продуктивность. Однако это не постоянное решение. Давление населения растет. Мы не можем так продолжаться вечно.

Большинство коммерческих тропических продуктов производится на плантациях. Навыки управления. Достаточные финансовые средства. Механизированное оборудование. Это относится к кофе, какао, каучуку, кокосу, бананам, ананасам и сахарному тростнику.

Рис отличается. В тропической Азии и Индонезии он в основном производится на мелких фермах. Интенсивный физический труд. Простой инструмент. Главный двигатель — не трактор. Скорее всего, это бык или буйвол. Эффективность другая. Масштаб другой. Однако конечная борьба с окружающей средой остается той же.

Водоснабжение

Управление водными ресурсами — это не просто приятное дополнение для тропических регионов. Это разница между сельскохозяйственной культурой и болотом. Возьмем для примера Гайану. Прибрежные районы там очень плодородны, но они также подвержены наводнениям. Среднегодовое количество осадков составляет 90 дюймов. Это 2300 миллиметров влаги. Нельзя просто выращивать рис или сахарный тростник и ожидать хороших результатов. Нужно преобразовать ландшафт.

Изначально этим занимался частный сектор. Затем правительство вмешалось и «огородило» (empoldered) огромную береговую линию. Были построены дамбы, чтобы предотвратить затопление со стороны Атлантического океана спереди и рек сзади. Но как насчет системы дренажа? Это постоянная борьба. Эта система не может откачивать каждую возможную каплю паводковых вод. Поэтому культуры должны быть выносливыми. Они должны выдерживать периодическое затопление. Гравитация работает только во время отлива. В этот момент шлюзы открываются. Они закрываются, когда прилив возвращается. Это ритмичный и изнурительный танец.

Затем есть грязь. Большое количество осадков забивает выходные каналы. Их очистка — это кошмар. Дожди ненадежны. Поля орошаются, даже если не идет дождь, если это необходимо. Это сложная сеть водного контроля. После первоначальной вспашки землю необходимо специально подготовить для выращивания риса. Тракторы едут по воде глубиной 4–6 дюймов. Затем семена высаживаются в этот мелкий пруд. Это очень грязно. Это тяжело. Но это работает. Осознав это, Гайана удвоила производство риса.

Миф о механизации

Можно подумать, что внедрение машин в тропических регионах будет простым. Больше продукции, меньше пота. Неверно. Механизация сталкивается со множеством препятствий.

Рассмотрим почву. Она отличается от той, где производится трактор. Требуется новый дизайн. Нужно адаптироваться. А затем вы сталкиваетесь с землей. Камни. Пни. Мусор. Термитники. Машины ломаются. Постоянно. Климат угнетает операторов. Жарко. Влажно. Производительность снижается. Земля неровная. Гористая. Не так просто управлять крупногабаритным трактором на изрезанном склоне.

В Бразилии даже лучшие почвы требуют специальной борьбы с эрозией. Это дополнительно ограничивает механизацию. Но каково самое большое препятствие? Это не грязь. Это страх. Фермеры и правительство боялись, что машины приведут к безработице. Они не понимают. Экономическое развитие и улучшение уровня жизни зависят от роста производительности труда. Если вы не механизироваете производство, вы застрянете на месте. Но если мы это сделаем, нам придется столкнуться с социальными последствиями.

Посмотрите на Тринидад. Огромные плантации сахарного тростника столкнулись с этой проблемой. К 1960 году заработная плата выросла. Ручная уборка стала слишком дорогой. У них ровная земля. Около 30 000 акров тяжелой глинистой почвы. Климат очень суровый. Семь месяцев муссонных дождей могут принести до 50 дюймов осадков. В течение пяти месяцев сухого сезона выпадает 10 дюймов.

Они изменили всё. Традиционная дренажная система была удалена. Вместо нее появился метод посадки на гребнях. Таким образом, машина может действительно выезжать в поле. Это большое изменение. Далее идет комбайн для уборки сахарного тростника. Он срезает верхушки растений. Вырезает стебли. Нарезает их. Загружает в транспортное средство. Это сложно. Требуется серьезная мощность. Но это лучше, чем половинчатые меры.

«Производительность труда при использовании комбайнов в шесть раз выше, чем при ручной уборке.»

К 1969 году результаты были неоднозначными. Только 12,8% урожая на равнинных землях было собрано. Механизация далеко не завершена. Почему? Есть три причины. Во-первых, машины требуют большого количества обслуживания. Запасные части очень дорогие. Во-вторых, транспортировка нарезанного сахарного тростника на рынок является логистической головной болью. Экономически сложно внедрить систему транспортировки, которая могла бы соответствовать производительности комбайна.

В-третьих, и самое важное, социальные вопросы. Сотрудники, которые потеряли свои рабочие места. Нельзя просто уволить всех и двигаться дальше. Комбайны ускорили работу в шесть раз. В 6 раз. Это означает, что на каждого оператора машины пять человек теряют работу. Нам пришлось замедлить темпы внедрения. Сотрудников пришлось переводить на другие должности. Ограниченный успех этого проекта показывает, насколько сложным является современное тропическое сельское хозяйство. Это не только технология. Это экономика. Это социология.

Взгляд в будущее

Что на самом деле меняет ситуацию при взгляде в масштабе? Улучшенные сорта культур. Увеличение использования удобрений. Это самые многообещающие факторы. Технологии, безусловно, помогают. Однако биология и химия по-прежнему являются основными двигателями прогресса.

Гидропоника

Поставка воды переходит от дренажа к транспортировке.

Гидропоника — это не просто модное словечко. Это выращивание растений без почвы, являющееся результатом лабораторных методов, которые ученые используют уже десятилетиями. Основная идея проста: замачивать корни в минеральной воде или прикреплять их к влажной среде, такой как песок.

Масштаб имеет здесь важное значение. Хотя лабораторные установки малы, в коммерческой гидропонике часто используются торф, древесное волокно или проволочная сетка. Корни растут вниз. Аэрация раствора. Другой способ заключается в автоматической подаче питательной воды в песчаный или гравийный бассейн. В течение цикла вода возвращается в резервуар. Это можно наблюдать как на открытом воздухе, так и в теплице.

Химия роста

Растениям необходимы определенные элементы. Углерод, кислород и водород поступают из воздуха или воды. Остальное? Минеральные соли, получаемые из почвы. Гидропоника обеспечивает эти соли напрямую.

Микроэлементы, такие как железо, марганец, бор, медь, цинк и молибден, требуются в небольших количествах. Основные элементы — это азот, фосфор, сера, калий, кальций и магний. Производители разработали бесчисленное множество решений для достижения этих целей.

Урожайность сопоставима с плодородной почвой. Но стоит ли оно того? Не всегда. Крупномасштабное производство экономически целесообразно только в интенсивном земледелии или при особых условиях. Овощи и цветы в теплицах? Да. Коралловые острова в Тихом океане без почвы и яркого солнечного света? Абсолютно.

Внутри стеклянной коробки

Теплица — это сооружение с прозрачной или полупрозрачной крышей и стенами. Солнечная радиация участвует в фотосинтезе. Цель? Самостоятельный рост, без влияния внешнего климата. Внутренняя температура и влажность контролируются.

Размеры сильно варьируются. Домашние конструкции для хобби. Крупные коммерческие установки на участке в один акр. Затем есть «горячая грядка», которая представляет собой ящик со стеклянной крышкой, содержащий ферментирующий органический материал. Ферментация выделяет тепло. Это позволяет садоводам начинать посев семян рано весной, до пересадки.

Конструкция требует легкого и прочного каркаса. Она должна выдерживать ветер и нагрузки. Традиционные фундаменты поддерживают вертикальные стены. Крыша может быть двускатной, решетчатой или арочной. Стеклянные панели являются традиционными. Сегодня их часто заменяют пластиковыми листами и стекловолоконными панелями.

Контроль температуры: долгая битва

Поддержание внутренней температуры затруднено. Внешние условия сильно колеблются. Когда светит солнце, требуется мало тепла. Системы отопления должны предотвращать повреждение урожая.

Тепло вырабатывается с помощью горячей воды, пара, электрических кабелей или печей с теплым воздухом. Обычно управляется термостатом. Регулируйте температуру в соответствии с культурой.

• Салат, фиалки, гвоздики, душистый горошек: 4°C (40°F)
• Огурцы, помидоры, орхидеи: 70°F (21°C)

Летние дни… требуют охлаждения в жаркую погоду. Вентиляция — самое простое решение. Она снижает внутреннюю температуру до уровня внешней. В сухих районах хорошо работают испарительные охладители. Они снижают температуру и повышают относительную влажность. В некоторых случаях требуется холодильное оборудование.

За пределами просто тепла

Контроль окружающей среды заходит глубже. Добавление углекислого газа в воздух повышает эффективность фотосинтеза в культурах, которые в нем нуждаются.

Коммерческие тепличные компании обычно выращивают овощи и декоративные растения. Это предъявляет высокие требования к производителям. Задачи природы, такие как регулирование температуры, вентиляция, регулирование солнечного света, влажность почвы, удобрение и опыление, должны контролироваться вручную.

Обслуживание в межсезонье затруднено. Конструкцию необходимо очищать. Почву рекультивировать. Проверять механическое оборудование. Дезинфицировать.

Механизация отстала далеко позади по сравнению с общим сельским хозяйством. Болезни представляют серьезную опасность. Требуют постоянного внимания и использования химических веществ.

Факторы погоды

Погодная информация

Сельское хозяйство — не единственная отрасль, на которую влияет погода. Важна именно эта зависимость.

Мы наблюдаем огромный технологический прогресс. Улучшенные семена. Автоматизированные комбайны. Синтетические удобрения, которые кажутся противоречащими природе. Но небо остается неконтролируемой переменной. Вы не можете остановить дождь. Невозможно принудительно удалить мороз в промышленных масштабах. То, что мы можем «делать», — это адаптироваться. Фермеры больше не являются пассивными получателями погодных условий. Они — участники сложного уравнения.

Однако это уравнение работает только при наличии правильных данных. Недостаточно просто посмотреть в окно. Нужно понимать, как растения реагируют на определенные падения температуры. Требуется двусторонняя связь с метеорологами, предоставляющими гиперлокальные прогнозы. До наступления экстремальных событий нам необходимо знать вероятности их возникновения.

Если вы можете действовать на основе этих знаний, вы сможете выжить. Если нет — вы проиграете.

За пределами ежедневного прогноза

Большинство людей думают о проверке погоды только для того, чтобы узнать, нужен ли им зонт завтра. Это неправильно. Истинная ценность для сельского хозяйства заключается в трех скрытых слоях аналитики, которые большинство фермеров никогда не видят напрямую.

Первый — это планирование использования земли. Перед тем как засеять семена в больших масштабах, необходимо знать уровень радиации. Сколько происходит эвапотранспирации? Какова разница температур между днем и ночью? Это не просто академические показатели. Они определяют финансовую рентабельность. Эти параметры можно нанести на карту, чтобы максимизировать урожайность конкретного участка земли.

Во-вторых, сельскохозяйственные эксперименты требуют климатических данных. Технологии нельзя улучшить, если не записывать погодные условия во время экспериментов. Науке необходим контекст.

В-третьих, некоторые операционные проблемы (такие как расстояние между рядами и сроки внесения удобрений) можно решить только с помощью детальных климатических данных. Следует ли использовать искусственное управление микроклиматом? Не гадайте. Используйте исследования. Когда природа становится агрессивной, люди часто принимают плохие решения.

Иерархия наблюдений

Не все метеостанции созданы равными. Полученные знания полностью зависят от масштаба вашего восприятия.

Представьте три уровня контроля.

На нижнем уровне находится макрошкала. Это крупные региональные сети. Они расположены на расстоянии не менее 10 миль друг от друга. Их задача — долгосрочное прогнозирование и сбор базовых климатических данных. В Северной Америке, Европе и Австралии они довольно хорошо развиты. Тропики? Полярные регионы? Засушливые земли? Здесь есть большой пробел. Хотя они не полезны для принятия повседневных решений на ферме, они незаменимы в стратегическом планировании.

Макростанции второго порядка являются минималистичными. Они измеряют пять параметров:
— Температура
— Дождь
— Снег
— Влажность
— Ветер у поверхности

Станции первого уровня гораздо серьезнее. Они отслеживают 16 элементов. В дополнение к глобальной радиации, продолжительности солнечного сияния, облачности, чистой радиации, температуре почвы, граду, росе, туману, испарению с испарителя, атмосферному давлению и ветру в верхних слоях атмосферы.

Далее следует мезошкала. Эти сети напрямую обслуживают фермеров. Они измеряют 10 элементов. Они образуют мост между большими данными и реальностью.

И, наконец, есть микрошкала. Здесь происходит настоящая наука. Это наблюдения за небольшими участками, предназначенные для иллюстрации базовых физических процессов. Установка микромасштаба отслеживает 27 элементов. Хотя некоторые из них выводятся из других, массив данных сложен. Микрометеорология требует точности. Если вы хотите увидеть, как отдельные поля реагируют на прохождение атмосферного фронта, смотрите сюда.

Математика тепла

Если вы хотите знать, когда придет урожай, не смотрите на календарь. Смотрите на накопленные градусы.

Концепция проста, но эффективна. Рост растения определяется общим количеством тепла, накопленным за весь его жизненный цикл. Это рассчитывается путем взятия средней дневной температуры и вычитания из нее справочного значения.

Для большинства культур справочная температура составляет 50°F (10°C).

Допустим, средняя дневная температура составляет 60 градусов по Фаренгейту. Вычитаем 50. Получаем 10 накопленных градусо-дней. Продолжайте их суммировать.

Количество градусов, необходимых для созревания, варьируется. Это зависит от вида. Это зависит от сорта. Но как только вы узнаете это число, вы сможете планировать даты посадки так, чтобы собирать урожай последовательно. Вы сможете предсказать появление насекомых. Вы сможете выбирать сорта в соответствии с вашим географическим положением.

Но это не идеально.

Эта система предполагает линейную зависимость между ростом и температурой. Она не является линейной. Реальная биология сложна и запутанна.

Она также игнорирует пороговые изменения в процессе развития растений. У сеянцев потребности отличаются от потребностей растений в период плодоношения.

И она придает слишком большой вес высоким температурам. Когда температура превышает 80°F (27°C), тепловой стресс может повредить урожай. Стандартные расчеты дают слишком большой «кредит» этим жарким дням.

Кроме того, игнорируется суточный диапазон температур. Разница между днем и ночью часто больше средней. Жаркие дни и холодные ночи по-разному влияют на физиологию растений по сравнению с постоянно теплыми днями.

Несмотря на эти недостатки, модель накопленных градусо-дней остается основным инструментом для планирования программ опрыскивания и управления циклами выращивания культур. Это эвристический подход. Хотя он не является полностью точным, его достаточно близко к реальности, чтобы быть полезным.

Управление непосредственным окружением

Суть сельского хозяйства — адаптация.

Климат нельзя изменить. Однако вы можете изменить микроклимат.

Фермеры делают это на протяжении веков. Это не высокие технологии. Это очень практично.

Методы посева и обработки почвы изменяют структуру и отражательную способность почвы. Орошение увеличивает влажность и регулирует температуру. Защита от заморозков означает укрытие посевов или использование воды для выделения скрытой теплоты при замерзании. Животные укрытия создают буфер от ветра. Ветрозащитные полосы уменьшают испарение и физический ущерб.

Это техники для минимизации стресса.

Цель состоит в том, чтобы создать буфер между суровостью погоды макромасштаба и деликатной биологией растения или животного.

Понимание климатических факторов поможет вам выбрать правильную технологию защиты. Речь идет не о борьбе с погодой. Речь идет о переговорах с ней.

Солнечная радиация — это не просто фоновый шум. Это основной двигатель, приводящий в движение все физические и биологические процессы на Земле. По сути, сельское хозяйство — это лишь стратегия использования солнечной энергии. Этот процесс опирается на воду и питательные вещества для преобразования света в пищу. Днём растения получают солнечную радиацию либо напрямую, либо опосредованно через рассеянное отражение от неба.

Энергия, которая не отражается обратно в космос и не излучается в виде тепла, называется чистой радиацией. Это фактическое количество энергии, доступной для поддержания температуры поверхности Земли. Ночью ситуация меняется. Чистая радиация становится отрицательной. Энергия уходит в космос в виде длинноволнового излучения. Новой энергии не поступает. Изменения уровней глобальной чистой радиации накладывают строгие ограничения на то, где возможно ведение сельского хозяйства.

Проблемы с эффективностью фотосинтеза

Фотосинтез — это механизм, с помощью которого высшие растения производят сухое вещество. Пигменты хлорофилла используют солнечную энергию для связывания воды и углекислого газа с образованием углеводов. Этот процесс важен. Он также крайне неэффективен.

Общая эффективность ниже. Механизм сложен. Он зависит от интенсивности света, длины волны, температуры, концентрации углекислого газа и собственной скорости дыхания растения. Структура растения также может влиять на это. Плотность листового покрова, высота и светопропускание определяют, сколько энергии достигает более глубоких листьев.

Эта плотность измеряется индексом листовой поверхности. Он представляет собой общую площадь листьев на единицу площади земли. Оптимальный индекс листовой поверхности варьируется в зависимости от сезона и широты. Его определение является ключом к улучшению управления урожаями. Но вот суровая правда. Полевые культуры являются плохими преобразователями солнечной энергии. Типичные культуры преобразуют менее 1% доступной солнечной энергии в органическое вещество.

Управление поведением растений с помощью света

Фотопериодизм — ещё одна характеристика растений, которую можно регулировать с помощью микроклимата. Фотопериод — это продолжительность светового дня. Реакция растения на эту продолжительность является фотопериодической.

Разные растения реагируют по-разному. Растения длинного дня зацветают только тогда, когда продолжительность светового дня превышает 14 часов. Растениям короткого дня требуется менее 10 часов солнечного света для цветения. Растения нейтрального дня формируют бутоны независимо от продолжительности светового дня. Однако есть исключения. Некоторые исследователи считают, что настоящим ключевым фактором является количество темноты, а не светлого времени суток. Температура также изменяет эти реакции.

Это явление определяет, где растения могут расти в естественных условиях по всему миру. Оно также имеет множество практических применений. Выбор сорта для конкретного места требует понимания его взаимодействия с местным световым климатом.

Практическое применение в сельском хозяйстве

Фермеры используют искусственное освещение для регулирования цветения. Это увеличивает урожайность в теплицах. В растениеводстве стимуляция цветения может значительно сократить время от прорастания до созревания. Разведение новых сортов также ускоряется.

Выбирайте даты посева для полевых культур, чтобы избежать раннего или позднего цветения. Урожайность снижается в обоих случаях. Возьмите, например, шри-ланкийский рис. Время роста некоторых сортов составляет 5–6 месяцев. Посев в неправильное время может продлить жизненный цикл более чем на год. Результатом стало незначительное количество урожая.

Вигна в Нигерии демонстрирует подобную восприимчивость. Она зацветает рано и производит большое количество семян только тогда, когда выращивается при продолжительности солнечного света менее 12 часов. Если вы неправильно рассчитаете время, ваш урожай будет потерян.

Погодные условия и контроль

Взаимодействие между радиацией, фотосинтезом и фотопериодизмом формирует сложную сеть экологического контроля. Погодные условия являются прямой переменной в этих более широких ограничениях.

Скрытая математика выживания растений

Растениям нужно больше, чем просто солнечный свет и вода. Им требуется правильное количество тепла.

Если воздух слишком холодный, рост останавливается. Если становится слишком жарко, он тоже останавливается. Где-то посередине есть идеальная точка. Это оптимальная температура. Именно при ней растения растут быстрее всего. Ученые называют эти три ключевые точки (минимальная температура, оптимальная температура и максимальная температура) «кардинальными температурами».

Мы знаем эти цифры для большинства сельскохозяйственных культур. Но они не являются статичными. Они варьируются в зависимости от возраста растения.

Холодоустойчивость и вернализация

Холодостойкие культуры, такие как овес, рожь, пшеница и ячмень, имеют более низкие пороги. Минимальная температура составляет 32°–41°F (0°–5°C). Оптимальная температура — 77–88°F (25–31°C). При превышении 37 °C (99 °F) урожай может погибнуть.

То же самое нельзя сказать о теплолюбивых культурах. Дыни и сорго процветают в гораздо более высоких температурных диапазонах.

Однако есть один прием. Холодная обработка при температуре около 0 °C может превратить озимую рожь в яровую. Это называется вернализацией. Это позволяет фермерам манипулировать циклами посева даже в холодных регионах. Это своего рода биохакерство.

Танец дня и ночи

Дневное тепло и ночной холод создают ритм. Этот дневной диапазон температур имеет важное значение. Большие колебания между днем и ночью способствуют чистому фотосинтезу. Высокие дневные температуры. Низкие ночные температуры. В этом кроется секрет повышения эффективности.

Фермерам нужно обращать внимание не только на воздух, но и на листья. Листья теплее окружающего воздуха. Летом ваши растения могут страдать от теплового повреждения, даже если термометр показывает «безопасную» температуру. Температура может достигать 90°F. Листья могут нагреваться до 105°F.

Именно поэтому тайваньские фермеры покрывают ананасы тенью. Они защищают их от прямого солнечного света. В средних и высоких широтах заморозки наступают раньше, чем замерзает воздух. Растения подвергались воздействию холода дольше, чем указывал прогноз погоды.

Температура почвы: подземные факторы

Температуры воздуха часто оказываются в заголовках новостей. Но температура почвы важнее.

От нее зависит прорастание. От нее зависит функция корней. От нее зависит скорость роста. Температура почвы также влияет на заболевания растений.

Без подходящей температуры почвы в течение вегетационного периода урожай потерпит неудачу. Фермеры разработали способ решения этой проблемы. Они изменяют энергетический обмен. Они меняют тепловые свойства земли.

Изоляция и контроль излучения

Изоляция — ваша первая линия обороны. Бумага. Солома. Пластик. Деревья. Эти слои находятся на поверхности или вблизи нее. Они удерживают тепло. Они блокируют потерю входящей энергии. Дым или туман в воздухе также могут снизить внешнее излучение.

Обработка почвы и орошение изменяют свойства почвы. Вспашка увеличивает способность почвы поглощать излучение. Вода изменяет способ движения тепла через землю. Тепловой баланс меняется в зависимости от скорости испарения.

Мульчирование — самый распространенный метод. Регулирует тепло.

Сила цветов

Количество накапливаемого тепла зависит от цвета почвы. Углеродистый черный цвет поглощает излучение. Белый материал отражает его.

Советские ученые попробовали этот метод. Они рассыпали угольную пыль по полям. 100 фунтов на акр достаточно. Результат? Хлопок созревает на месяц раньше.

Это серьезное изменение. Месячное преимущество может изменить весь период уборки урожая. Позволяет адаптировать различные графики посадки. Снижает риск ранних заморозков.

Почему мы все еще так зависим от этих физических приемов? Потому что биология жестка. Вы не можете заставить растения фотосинтезировать при 100°F. Единственное, что вы можете изменить, — это окружающую среду.

Почва остается теплой еще долго после заката. Отработанное тепло ускоряет метаболические процессы ночью. Это тонкий двигатель. Невидимый. Необходимый.

Тайваньские фермеры покрывают ананасы тенью. Советские агрономы посыпали хлопок пылью. Методы разные. Цель одна. Регулировать температуру. Спасать урожай.

Допустимая погрешность мала. Разница в несколько градусов может означать разницу между рекордным урожаем и полной потерей. Мы измеряем ее долями градуса. Мы манипулируем ею с помощью земли и пластика. Это сельское хозяйство как физика.

Прорыв заморозков: как на самом деле работает защита от холода

Контроль температуры — это не только поддержание тепла. Это управление рисками.

Вероятность гибели растения от замерзания определяется сложной комбинацией переменных. У вас есть этот разнообразие. сезон. Как быстро падает температура? физиологическое состояние самого растения. Есть и другие факторы.

Начало работы с садом может помочь минимизировать эти риски. Расположение важно. Но когда приходит холодная погода, нужно быть активным.

Два лица холода

Существует два основных типа заморозков. Понимание разницы — первый шаг к предотвращению повреждений.

1. **Радиационные заморозки. ** Они происходят в ясную ночь при слабом ветре. Земля излучает тепло в космос. Температура может еще не опуститься ниже нуля, но растения уже.
2. **Ветровые (или адвективные) заморозки. ** Они могут произойти в любое время. день и ночь. Облачность не имеет значения. Ветер переносит воздух из холодных районов.

Оба могут атаковать одновременно. Большинство технологий повышают температуру лишь на несколько градусов. Некоторые защищают только от радиационных заморозков.

Суть нагрева

Отопление — самый старый и известный метод. Это также самый дорогой.

Он лучше всего работает при температурной инверсии. Когда вы поднимаетесь на 40 или 50 футов над землей, воздух становится теплее. Слой холодного воздуха очень низкий. Чем сильнее температурная инверсия, тем шире площадь, которую может обогреть нагреватель.

Без инверсии нагреватель просто излучает тепло растениям и земле. Также образуется влажный дым. Дым удерживает тепло, которое иначе ушло бы.

Маленькие нагреватели лучше больших. Большой нагреватель создает конвекцию. Он разрушает теплый воздушный потолок и затягивает холодный воздух. Для радиационных заморозков размещайте нагреватель в «зоне видимости» растений. Для ветровых заморозков они группируются на наветренной границе.

Варианты топлива: нефть, уголь, брикеты, древесина. Нефть выигрывает по скорости. Она быстро загорается. Легче гасится.

Это дорого. Фермеры в Англии попробовали это. Они бросили. В Калифорнии это сейчас редкость. Это происходит в основном на высокоценных культурах, таких как цитрусовые.

Ветряные машины и вода

Ветряные турбины популярны из-за низких эксплуатационных расходов. Результаты менее надежны.

Они действуют как вентиляторы. Они разрушают ночную инверсию. Механическое смешивание заставляет теплый воздух опускаться сверху. Чем сильнее инверсия, тем больше эффект.

Они не справляются днем или при холодной почве. Температура грунта barely поднимается. Вот почему некоторые операторы используют оба. Ветряные машины для сильных инверсий. Нагреватели для ветровых заморозков.

Вода — еще один рычаг. Затопление и разбрызгиватели могут остановить охлаждение почвы. Когда почва влажная, она лучше проводит тепло. У нее больше теплоемкости. Когда вода замерзает, она выделяет скрытую теплоту плавления. Это тепло не дает растению опуститься ниже нуля. Пока вода замерзает, растения в безопасности.

Затопление также имеет недостатки. Оно задерживает прогрев почвы днем. Может использоваться только 1-2 ночи.

Разбрызгивание создает частицы в воздухе. Они уменьшают исходящее излучение. Однако, когда разбрызгиватели выключаются, температуры резко падают. Образование льда также может повредить урожай. Это требует навыка. Суждения. Много его.

Щиты, песок и пена

Используйте защитное покрытие, когда Чистка использует щиты. бумага или алюминиевая фольга. Они блокируют потерю излучения в небо. Это работает с умеренным успехом с помидорами в Калифорнии.

Фермеры по клюкве в Массачусетсе добавили песок. Тонкий слой. Поверхность песка быстро нагревается. Медленно остывает. Снижает испарение. Песок повышает температуру глинистых, суглинистых и органических почв. Снижает риск обморожения.

Ветрозащитный экран также помогает. Предотвращает проникновение холодного воздуха и защищает растения от ночного неба.

Пена и гель изучаются. Безвредный спрей. Воздушная изоляция. Пузырьки можно запрограммировать на растворение через определенное время. Почему бы не изучить клубнику? и другие слабо растущие растения.

Водные пятна

Орошение — самая распространенная форма контроля микроклимата в сельском хозяйстве.

Восполняет нехватку дождя. Вот почему фермеры это делают. Но это также влияет на температуру. Это меняет микроклимат.

Граница между орошением и кондиционированием воздуха тонка.

Искусственное вызывание осадков было мечтой уже почти 30 лет, но оно по-прежнему недоступно для среднего фермера. Принцип прост. Самолеты или наземные генераторы используются для закачки соли или иодида серебра в облака, что заставляет выпадать больше дождя. Оказалось, что это «может» сработать, но статистически это оказалось кошмаром. В любом случае, успех обычно наступает только тогда, когда атмосфера уже начинает дождить.

Зимние облака в горах кажутся наиболее вероятной целью. Почему? Потому что снежные дожди легче контролировать, чем рассеянные ливни. Но вот в чем проблема. Большинство работ по засеву облаков проводится в маргинальных зонах сельского хозяйства, где количество осадков невелико. Для стабилизации фермерского хозяйства необходимо около 20 дюймов устойчивых дождей. Вопрос? Самые засушливые годы, когда дождь нужен больше всего, — это годы с малым количеством облаков для их засева. Это жестокая ирония.

Некоторые считают, что в конечном итоге это станет финансово рентабельным. Юридические и этические минные поля, связанные с кражей дождевой воды из одного района и сбросом ее в другой, — это совершенно другой вопрос.

Фактор влажности

Мы знаем, что высокая влажность очень полезна для теплиц. Каковы условия в открытом грунте? Таких исследований не так много. Наука еще не догнала их. По сути, более высокая влажность означает меньшую транспирацию у растений. Они используют воду медленнее. Это означает, что полив более эффективен, когда воздух влажный. При низкой влажности растения жадно поглощают воду, чтобы выжить. Это прямая компромиссная зависимость.

Стратегия ветрозащитных полос и ветра

Ветер влияет на растения тремя способами. Он высушивает их. Он заставляет углекислый газ проникать в листья. И он ломает стебли.

По мере увеличения скорости ветра транспирация также увеличивается. Жаркий и сухой климат может привести к быстрому увяданию. Зимой земля промерзает, и растения не могут восполнить потерянную воду. Они погибают. Но ветер приносит еще больше углекислого газа, что в некоторой степени ускоряет фотосинтез. Механические повреждения варьируются в зависимости от вида. Некоторые растения имеют сниженное производство сухой массы. Растения низкорослые? Часто не страдают.

На сцену выходят ветрозащитные полосы.

«Защитные полосы предназначены… для защиты посевов и повышения урожайности.»

Это ряды крупных деревьев, посаженных перпендикулярно преобладающим ветрам. Полоса средней толщины может снизить скорость ветра более чем на 10%. Создается защищенная зона, которая простирается на расстояние в 20 высот дерева на наветренной стороне и в 3 высоты дерева на подветренной стороне. Длина полосы должна соответствовать длине поля.

Преимущества осязаемы. Меньшая эрозия почвы. Меньше механических повреждений. Днем температура немного повышается. Ночью температура понижается. Радиационные заморозки могут чаще возникать на защищенной стороне. Испарение снижается. Снег накапливается возле полос и сохраняет воду для засушливого земледелия.

Каков чистый эффект? Вероятно, положительный. Но это зависит от культуры.

• Низкая реакция: Засухоустойчивые мелкие зерновые культуры и кукуруза в засушливых сельскохозяйственных районах.
• Умеренная реакция: Рис, люцерна, люпин, клевер.
• Высокая реакция: Садовые растения, такие как картофель, томаты, огурцы, свекла, клубника и арбузы. Также мягкие культуры, такие как табак и чай.

В районах с сильными ветрами урожайность может увеличиваться в среднем на 20%. После вычета земли, используемой деревьями, чистая прибыль составляет 15%. Деревья можно сажать почти везде, даже в пустыне. Высокие растения, такие как кукуруза, сорго и слоновая трава, также могут использоваться, если они включены в график орошения. Ветрозащитные полосы, вероятно, являются самой практичной формой изменения погоды.

Парадокс загрязнения

Все технологии наносят ущерб окружающей среде. Сельское хозяйство не является исключением. Иронично, но сельское хозяйство часто страдает от побочных продуктов «других» технологий.

Воздух является важным элементом жизни. Температура, водяной пар, движение, кислород, углекислый газ — все это напрямую влияет на производство продуктов питания. Когда в воздух попадают примеси, качество ухудшается. Растения страдают. Урон тесно связан с погодными условиями. Особенно с температурной инверсией. Когда слой более теплого воздуха удерживает более холодный воздух у земли, загрязнители могут задерживаться дольше. Это приводит к прямому ущербу для производства продовольствия и волокна.

Невидимые потери урожая

Загрязнение воздуха — не новый враг сельского хозяйства. Мы боремся с ним уже более века. Виновник хорошо знаком. Сжигание угля и нефти выбрасывает в атмосферу оксиды серы. Фториды выделяются при выплавке металлов, а также при производстве стекла и керамики. Сегодня возросли объемы выбросов аммиака, хлора, этилена, меркаптанов, угарного газа и оксидов азота.

Да, автомобили также являются частью проблемы. Однако растет и численность населения. Это создает фотохимический смог, который распространяется за пределы городов. Он проник и в прилегающие сельские районы. В результате образуется смесь токсичных загрязнителей: альдегидов, углеводородов, органических кислот, озона, перацетилнитрата, пестицидов и даже радионуклидов.

Повреждение продовольственных, волокнистых, кормовых культур и лесных растений варьируется. Это зависит от концентрации загрязнителей, географического положения и погодных условий. Но финансовые потери реальны и неизбежны.

Исследователи измеряют этот ущерб с помощью специфических биомаркеров. Нарушение ферментативных систем. Изменения химического состава и физической структуры клеток. Замедленный рост и снижение урожайности из-за нарушений метаболизма. Острая и быстрая дегенерация тканей.

Чтобы понять, как загрязнение воздуха влияет на сельскохозяйственные культуры, необходимо рассмотреть его причины. Несельскохозяйственные загрязнители делятся на четыре категории: кислотные газы, продукты сгорания, продукты атмосферных реакций и прочие выбросы.

Чувствительность растений к кислотным газам

К кислотным газам относятся фториды, диоксид серы и хлор. Фтороводород высокотоксичен для растений. Некоторые виды страдают уже при концентрациях ниже 1 части на миллиард (ppb). Повреждение начинается с хлорофилла. Первым заметным признаком становится пятнистый хлороз. Затем клетки отмирают.

Толерантность растений различается. Как правило, наиболее устойчивы те, которые накапливают фториды. Кукуруза более уязвима, чем томаты. Все растения наиболее уязвимы в периоды интенсивного роста.

Диоксид серы ведет себя иначе. Он образуется при сжигании нефти или угля. Он вызывает некроз — отмирание тканей листа. Однако для этого устьица должны быть открыты. Устьица — это мелкие отверстия в эпидермисе листьев. Они открываются при высокой интенсивности света, оптимальной температуре, высокой влажности и достаточном количестве воды.

Растения, закрывающие устьица ночью, более толерантны к диоксиду серы в это время. Хвойные деревья больше всего страдают весной и в начале лета. У них растут новые иглы. Диоксид серы, поглощенный клетками листьев, соединяется с водой, образуя токсичные сульфиты. Постепенно он окисляется до безвредного сульфата. Токсичность зависит от скорости поглощения. Более быстрое поглощение наносит больший ущерб.

Почти нет повреждений, вызванных хлором. Его симптомы включают обесцвечивание и некроз. Но когда это происходит, это очевидно.

Продукты сгорания и побочные продукты реакций

Основными продуктами сгорания являются этилен, ацетилен, пропилен и угарный газ. Этилен — главное вещество, разрушающее растения. Для других требуются более высокие концентрации, чем обычно встречаются в загрязненном воздухе.

Мы знаем уже несколько десятилетий, что газовое освещение является проблемой. Протекавшие трубы содержали 3% этилена. Растения рядом увядали. Теперь широко используется природный газ. Этилен поступает из химической промышленности и выхлопных газов автомобилей.

Цветы в теплицах в городских районах часто страдают от повреждений, вызванных этиленом. Он неоправданно ускоряет течение жизненных процессов. Растение истощается. Мы впервые исследовали масштабные эффекты этилена на полевые культуры, такие как хлопок, вблизи заводов по производству полиэтилена.

Озон и перацетилнитрат являются продуктами реакций. Они явно связаны с повреждением растений. Бисульфит и диоксид азита подозреваются в этом. Возможно, есть и другие.

Озон — значительный загрязнитель воздуха, влияющий на сельское хозяйство. Шпинат, табак, фрукты, овощи, лесные деревья и декоративные растения сильно пострадали. Симптомы отравления озоном включают крапинки, штрихи, полосы, пятна, ожоги кончиков и преждевременное пожелтение. Обычно это видно только на верхней поверхности листа.

Перацетилнитрат и его аналоги могут вызывать «серебристый» эффект или полосатость листьев. Это наблюдалось на протяжении многих лет в районе Лос-Анджелеса и других местах.

В настоящее время радиоактивное загрязнение атмосферы оказывает незначительное негативное влияние на сельскохозяйственную экономику. Даже пренебрежимо малое.

Следы самого сельского хозяйства

Сельское хозяйство также загрязняет воздух. Вклад вносят пестициды. запахи. дым. пыль. аллергенная пыльца. мусор.

Общественная обеспокоенность по поводу пестицидов растет. Строгий контроль технологий применения пестицидов необходим. Мы должны активно искать способы сделать это лучше.

Пестициды

Идея о том, что достаточно выбирать только «безопасные» химикаты, является заблуждением. Остаточные количества пестицидов — это не бинарный переключатель. Это спектр. Некоторые соединения, такие как атразин и 2,4-Д, являются умеренно стойкими и могут сохраняться до 18 месяцев. Затем идут «тяжеловесы», такие как ДДТ, альдрин и дильдрин, которые сохраняются до 20 лет. А затем есть те, что остаются навсегда. Свинец. Ртуть. Мышьяк. Эти вещества никогда не исчезают.

Возможно, краткосрочный вариант лучше? Не обязательно. Органофосфаты быстро разлагаются. Однако они также высокотоксичны и неселективны. Они убивают не только вредителей. Они убивают естественных врагов вредителей. Это нарушение привело к быстрому появлению устойчивых насекомых. Это создало химическую гонку вооружений без победителей. Реальность сурова. Очевидно, что невозможно использовать химикаты без недостатков или негативных последствий.

Куда попадают химикаты?

Распыляются ли эти токсины или рассеиваются, воздух является обычной средой. Химикаты проходят через него к своим целевым объектам. И к нецелевым.

В наших знаниях есть явные пробелы. Нет надежной информации о том, как ведут себя пестициды в воздухе, особенно о том, как далеко они распространяются. Почему? Потому что отсутствует адекватный мониторинг. Их конечная судьба определяется сложной комбинацией химических свойств, условий применения и атмосферных условий. Но одно известно наверняка. Пестициды могут перемещаться на большие расстояния с помощью частиц пыли.

Предсказать скорость удаления из воздуха трудно. Однако в долгосрочной перспективе эти химикаты неизбежно вернутся на поверхность земли. Гравитация побеждает. В конечном итоге.

Запахи, пыльца и пыль

Запахи, вызванные интенсивным животноводством, крайне нежелательны. Общественная реакция негативна, когда такие объекты расположены рядом с городскими районами. Нет никакой пользы от размещения навоза на земле. Это может усилить запах. Сильный ветер поднимает сухой материал в воздух, распространяя запах еще дальше.

Дым добавляет свою лепту. Это результат операций по обработке растительных остатков и контролируемого сжигания сорняков и кустарников. Но дело не только в запахе. На качество воздуха влияют аллергенные пыльцы. Пыльца амброзии может уноситься далеко. Она может вызывать аллергию далеко от источника.

Неправильное использование земель может значительно снизить качество воздуха. Долгосрочные мероприятия, удаляющие почву от растительного роста или растительных остатков, могут вызывать ветровую эрозию. Это особенно остро в районах с богарным земледелием. К счастью, методы предотвращения ветровой эрозии хорошо известны и широко применяются. Мы знаем, как остановить пыль. Мы просто не всегда используем эти методы.

Сельскохозяйственные отходы свободно перемещаются с ветром, распределяясь нежелательным образом. Рисовая шелуха. Пшеничная солома. Пластиковая пленка. Отходы хлопкоочистительных машин. Это воздушные неприятности, которые задушают ландшафт.

Загрязнение почвы и воды

Загрязнители, вредные для сельского хозяйства

Загрязнители почвы и воды, которые могут негативно влиять на сельскохозяйственное производство, включают осадки, растительные питательные вещества, неорганические соли и минералы, органические отходы, инфекционные агенты, промышленные и сельскохозяйственные химикаты, а также тепло. Каждая категория рассказывает историю нерационального использования ресурсов.

Осадки (Седименты)

Интенсивное земледелие и плохое использование земель приводят к эрозии ценного плодородного слоя почвы. Ветер и вода уносят его. Этот верхний слой почвы часто попадает в водоемы в виде осадков. Осадки — это ресурс, оказавшийся не на своем месте. Двойной эффект разрушителен. Он истощает землю, из которой он происходит. Он ухудшает качество поступающей воды.

Помимо заполнения водоемов, ирригационных каналов, фермерских прудов и водохранилищ, осадки увеличивают стоимость очистки воды. Взвешенные осадки могут нарушать баланс растворенного кислорода в воде. Рекреационная ценность фермерских прудов снижается из-за заиления. Сельскохозяйственные земли, почва которых ухудшилась, теряют в стоимости. Это цикл потерь.

Растительные питательные вещества

Когда растительные питательные вещества попадают в грунтовые и поверхностные воды, они становятся ресурсами, оказавшимися не на своем месте. Они становятся серьезными загрязнителями. Нежелательные водные растения и водоросли питаются растительными питательными веществами из сельскохозяйственных стоков. Откормочные площадки. Дворы с животными. Городские и сельские сточные воды. Промышленные отходы.

Водные растения блокируют ирригационные и дренажные сооружения. Это увеличивает затраты на обслуживание и снижает пропускную способность. Нитраты и нитриты в грунтовых водах могут отравлять людей и скот. Они являются результатом сельскохозяйственной и промышленной деятельности. Азотный цикл, когда-то сбалансированный, в свою очередь, действует как вектор токсичности.

Неорганические соли и минералы

Неорганические соли и минералы, повреждающие качество почвы и воды, поступают из природных месторождений, кислотных шахтных вод, промышленных процессов и дренажа оросительных систем. Наибольший ущерб и потери происходят, когда соли накапливаются в орошаемой почве.

Избыточное содержание натрия в оросительной воде может негативно сказаться на растительной жизни. Это хронический яд для структуры почвы. Даже следовые количества бора, которые являются высокотоксичными. Вода, содержащая буру, используемую в муниципальных и промышленных процессах, не должна использоваться в сельском хозяйстве. Граница между промышленными отходами и сельскохозяйственными ресурсами размывается.

Органические отходы

Муниципальные сточные воды, мусор, органические отходы пищевой промышленности, целлюлозно-бумажных комбинатов и животноводства подвергаются атакам аэробных бактерий. Когда это происходит в воде, концентрация кислорода в воде снижается. Или сводится к нулю. На этом этапе анаэробные бактерии завершают процесс превращения отходов в инертный материал.

Это создает гнойное пространство. Вода становится непригодной для рекреационного использования. Для снабжения ферм. Орошения культур. Вода не просто грязная. Она перестает дышать.

Инфекционные патогены

Если они не распространяются ветром, инфекционные агенты распространяются в основном через воду и почву. Бактериальные и вирусные заболевания растений распространяются машинами, перемещающими загрязненную почву и растительные остатки. Насекомые являются основными переносчиками этих заболеваний. Семена сорняков распространяются через оросительную воду. То же самое относится к нематодам.

Животные болезни, распространяющиеся через воду и почву, включают лептоспироз. сальмонеллез. Чуму свиней. Мастит. Болезнь рук, ног и рта. Туберкулез. Ящур. Гистоплазмоз. Болезнь Ньюкасла. Сибирскую язву. Кокцидиоз. Их много других. Комары, размножающиеся в стоячей воде, могут распространять энцефалит.

Большая часть мировых сельскохозяйственных культур и скота восприимчива к одному или нескольким высокозаразным заболеваниям, которые могут передаваться через почву и воду. Ущерб от этих заболеваний огромен. Мы думаем о почве как о грязи. Но это живая система. Мы загрязняем эти связи.

Невидимые химические следы

Даже если вы выключите опрыскиватель, ущерб не прекратится. Остаются органические химические вещества. Моющие средства, пестициды, гербициды, фунгициды — все они оставляют следы. Это не просто абстрактные загрязнители. Это осязаемые остатки, которые перемещаются в почве и воде, ожидая возможности причинить вред.

Рассмотрим картофельное поле. Фермеры могут использовать стойкие инсектициды в течение года. В следующем сезоне они выращивают сахарную свеклу на той же земле. Свекла поглощает то, что осталось в почве. Проблема? Для сахарной свеклы не установлены законодательно разрешенные предельно допустимые концентрации. Загрязнение урожая вызвано не прямыми ошибками в текущем выращивании.

Ситуация становится еще хуже. Рыба в прудах фермы погибла. Это не из-за болезни. Из-за дренажа. Загрязнители пестицидов смываются в эту застойную воду, убивая все, что плавает. Следующие на очереди — молочные коровы. В одном задокументированном случае гептахлор, химическое вещество, теперь запрещенное во многих местах, использовалось для уничтожения тлей люцерны. Почва остается загрязненной. Сено впитало его. Коровы съели сено. Химические вещества попадают в молоко.

Цепочка поставок проницаема. То, что происходит на поле, отражается на вашей тарелке или в пруду.

Это не просто проблема одной культуры. Речь идет о сопутствующем ущербе. Гербициды, используемые на землях вдоль линий электропередач и в канавках вдоль дорог, не уважают границы участков. Они сносятся ветром или стекают в несельскохозяйственные районы, а затем попадают в соседние поля. Страдают целевые культуры. Отходы гербицидов попадают в ирригационные каналы. Они перемещаются.

Ставки высоки. Если в продукте обнаружены остатки, его могут конфисковать. Весь груз может быть уничтожен. Доверие общественности испаряется. Вот почему правительства теперь регулируют почти все виды использования химических веществ. Ограничения строгие. Однако история загрязнения уже вписана в почву.

Тепло — скрытое загрязнение

Не все загрязнители являются химическими. Некоторые из них физические.

Тепло попадает в водоемы через промышленные процессы. Электростанции, производственные предприятия — все это добавляет тепло. Это тепловое загрязнение имеет реальные последствия. Рыбе требуется много кислорода, но по мере повышения температуры воды кислорода становится меньше. Другие существа также испытывают трудности. Напряженные экосистемы снижают рекреационную ценность озер и рек.

Но давайте сделаем проверку реальностью в контексте сельского хозяйства. В данном конкретном случае тепло является лишь незначительным фактором. Хотя оно может вредить водной жизни и рекреационной деятельности, оно не вызывает прямого токсического повреждения культур или почвы, как химические вещества. Это вопрос качества воды, а не кризис сельскохозяйственного производства.

Когда сельское хозяйство загрязняет сельское хозяйство

Само сельское хозяйство является значительным источником загрязнения. Это не имеет ничего общего с посторонними примесями. Речь идет об избытке.

Растения получают слишком много питательных веществ. Слишком много соли. Они поступают из орошения. Когда вода испаряется, минералы остаются на месте. С годами почва становится соленой. Растения не могут расти в соленой почве. Питательные вещества, нитраты и фосфаты, которые способствуют росту растений, стекают в водоемы. Они просто не остаются там. Они перемещаются.

Эти сельскохозяйственные загрязнители влияют на всю окружающую среду. Они могут вызывать цветение водорослей. Они создают мертвые зоны в реках и прибрежных районах. Те же самые практики, которые кормят нас, могут также задушить экосистемы, от которых мы зависим. Цикл замкнут. То, что попадает в почву, не всегда остается там. Оно перемещается. Оно продолжает накапливаться. Оно изменяет ландшафт таким образом, который трудно обратить вспять.

Парадокс фосфора и путаница с нитратами

Эвтрофикация — это не просто модное словечко. Это удушающая реальность для водных экосистем. Когда минеральные и органические питательные вещества в большом количестве поступают в водоем, уровень растворенного кислорода резко падает. Результат? Среда, благоприятствующая растительной жизни, а не животной. В борьбе за кислород водоросли и другие водные растения вытесняют конкурентов. Это происходит особенно там, где в изобилии присутствуют углерод и фосфор.

Без сомнения, значительная часть фосфора в поверхностных водах поступает из сельского хозяйства. Но здесь есть нюанс: он доставляется в основном за счет эрозии почвы, а не просто поверхностного стока. Во многих районах основным источником являются муниципальные очистные сооружения. Прямой сток с животноводческих ферм также сбрасывает в систему большие объемы фосфора. Решение этой проблемы фосфора в поверхностных водах не является сложным. Оно заключается в применении хороших практик сохранения почвы. Необходимо минимизировать сток с мест скопления животных и навоза.

Идентификация источников нитратов — это совсем другая история. Данные противоречат друг другу. Там, где обнаружены нитраты, одни обвиняют химические удобрения. Другие указывают на естественное нитрифицирование почвы. Некоторые предполагают, что виноваты сточные воды или отходы животноводства. Ставки высоки. Нитраты вызывают серьезные заболевания у людей. Одна из трудностей в определении источников нитратов в воде заключается в том, что азот присутствует в почвах по причинам, не связанным с удобрением. Например, бобовые там естественно растут.

Засоление: ловушка орошаемого земледелия

Засоление является серьезной проблемой в орошаемом сельском хозяйстве. В процессе эвапотранспирации соли, содержащиеся в оросительной воде, становятся более концентрированными в дренажном стоке. Поэтому утверждается, что качество воды серьезно ухудшается из-за орошаемого земледелия. Оросительная вода всегда содержит некоторое количество солей. Большинство из них задерживается корнями растений. Поскольку испаряется чистая вода, в почве накапливаются остаточные соли. Это добавляется к тому, что и так в изобилии присутствует в аридных почвах.

Это накопление солей необходимо удалять, если вообще планируется выращивать растения. Оно удаляется путем выщелачивания избыточной водой. Выживание орошаемой территории, следовательно, будет зависеть от благоприятного солевого баланса. Соли, покидающие территорию, должны равняться или превышать количество солей, поступающих с водоснабжением. Фермер, использующий орошение, фактически не «производит» загрязнитель, а переносит его в более концентрированной форме.

Будущее интенсивное использование ограниченных запасов оросительной воды может усугубить серьезность этой проблемы. Там, где возвратный поток легко поддается извлечению, как из дренажных труб или насосных скважин, его можно очистить с помощью процесса опреснения. Возвращайте очищенную часть в водотоки. Утилизируйте концентрированную солевую часть таким образом, чтобы не затрагивать пригодные для использования запасы грунтовых вод.

Поток отходов

Отходы сельскохозяйственной переработки представляют собой еще одну опасность загрязнения. К ним относятся сток или сточные воды от лесопилок. Производство целлюлозы. Консервирование фруктов и овощей. Очистка молочных ферм. Убой мясного скота. Дубление кож. Производство кукурузного крахмала и соевого белка. Рафинация сахара. Дистилляция. Переработка шерсти. И многие другие.

Сток с сельскохозяйственных предприятий может содержать возбудители заболеваний и другие инфекционные агенты. Насекомые, связанные с сельским хозяйством, могут передавать болезни. Растительные болезни переходят от сельскохозяйственных угодий на газоны, в сады, парки и на поля для гольфа.

Мониторинг пестицидов

Мониторинг пестицидов в воде проводится в различных районах со времен Второй мировой войны. Некоторые сети мониторинга, поддерживаемые аналитическими лабораториями, являются довольно обширными. Накопленные данные показывают, как и когда определенные пестициды перемещаются из целевых зон в другие части окружающей среды. В прудах и водосборных бассейнах иногда обнаруживаются измеримые количества остатков пестицидов из воды, покидающей поля.

Хотя большинство органических инсектицидов являются гидрофобными и почти нерастворимыми в воде, они могут прикрепляться к материалам, взвешенным в воде. Но после оседания этих материалов оставшиеся количества остатков инсектицидов обычно становятся незначительными. Это подтверждает предыдущее предположение о том, что перемещение химических веществ из целевых зон является наибольшим, когда в сточных водах высоки нагрузки по взвешенным частицам и органике.

Уровни пестицидов в почвах постоянно меняются. Столько переменных и процессов задействовано, что скорости накопления даже самых стойких инсектицидов весьма изменчивы и трудно поддаются определению. Однако программы мониторинга почвы уже запущены. Они предоставляют столь необходимую информацию. Проблема накопления в почвах возникает потому, что крошечные организмы в почве не способны разлагать многие пестициды со скоростью, достаточной для предотвращения загрязнения как почвы, так и воды. Таким образом, стойкие типы, такие как ДДТ и другие хлорированные углеводороды, остаются доступными для поглощения высшими животными (включая людей) и для причинения вреда нецелевым организмам.