Повышение урожайности с помощью No-Till в условиях полузасушливого климата

30.08.2013

Ренди АндерсонРенди Л. Андерсон, Министерство сельского хозяйства США, Брукинс, Южная Дакота

Справка "Агро-Союза". Ренди Андерсон более 20 лет исследует систему No-till и методы управления растениеводческим хозяйством в полузасушливых регионах Великих равнин США. Изучает популяцию и рост сорняков, аллелопатию культур, эффективное использование ресурсов и синергию.

Аннотация. Методы No-Till изменили системы возделывания культур в Соединенных Штатах. Одно из изменений состоит в том, что теперь севообороты включают большее разнообразие культур. Изначально, производители, использующие технологии No-Till, неохотно увеличивали севообороты, поскольку некоторые культуры имеют низкую экономическую ценность. Однако преимущества, которые удается получить от диверсификации культур в севообороте, могут привести к такой прибавке урожайности, которая компенсирует снижение валового дохода. В полузасушливых степях США урожайность кукурузы (Zea mays L.) на 45% растение выше в системах No-Till с диверсифицированным севооборотом по сравнению с растениями кукурузы, выращиваемыми в полувлажном регионе. Благодаря улучшению эффективности роста поля кукурузы в полузасушливых областях дают такую же урожайность, что и кукурузные поля, получающие на 25% осадков больше. Это повышение продуктивности культур стало результатом улучшений, обусловленных No-Till, повышением разнообразия культур, синергии и изменений микробиологии почвы. Чистый результат выше благодаря улучшению урожайности культур и снижению затрат на производственные ресурсы по сравнению с традиционными севооборотами, состоящими из одной или двух культур. Производители, использующие системы No-Till, стремятся диверсифицировать севообороты, включая в них альтернативные культуры, такие как покровные культуры. Они расширили свою перспективу с помощью управления культурами, включающего агротехнические тактики, которые улучшают функционирование почвы.

Изменения систем возделывания культур в полузасушливых регионах мира

Происходит изменение систем возделывания культур в полузасушливых регионах мира. Успешность систем No-Till, в которых на поверхности почвы остаются растительные остатки, подтолкнула производителей к использованию более диверсифицированных севооборотов (Hobbs 2007). Разнообразие культур дает целый ряд преимуществ, таких как повышенная урожайность, снижение заражения вредителями и улучшение круговорота питательных веществ (Peterson et al. 1996; Krupinsky et al. 2002; Anderson 2009).

Однако у производителей часто бывают сомнения при принятии решения относительно добавления альтернативных культур в севооборот из-за возможных экономических потерь. Тем не менее, повышение продуктивности земли в некоторых системах может компенсировать включение в севооборот низкотоварных культур. Киркегаард и Хант (Kirkegaard and Hunt, 2010) описали один пример из Австралии на озимой пшенице (Triticum aestivum L.). По сравнению с традиционной системой озимая пшеница — пар, в системе, которая включала управление растительными остатками, контроль сорняков в период пара и ранний посев с добавлением в севооборот гороха (Pisum sativum L.), урожайность озимой пшеницы увеличилась в 3 раза. Авторы объясняют такой существенный скачок урожайности синергией между множеством факторов, воздействие которых существенно превосходит влияние каждого фактора в отдельности. Вотт и его рабочая группа (Watt et al., 2006) отметили, что прибавка урожайности, зачастую является результатом синергического взаимодействия множества факторов, действующими вместе, но очень редко можно добиться таких результатов, когда управление сосредоточено на одном факторе.

Аналогичные системные преимущества наблюдались в условиях степей США, где урожайность кукурузы значительно превысила ожидания производителей, основанные на доступности влаги и питательных веществ. В последние 6 лет урожайность кукурузы составляла 9700 кг/ га в условиях полузасушливых степей центральной части Южной Дакоты и 9200 кг/ га в полувлажных степях на востоке Южной Дакоты (Таблица 1). Сходность урожайности несколько удивляет по двум причинам. Во-первых, средний уровень выпадения осадков в полузасушливом регионе на 125 мм ниже, чем в полувлажном. Во-вторых, норма высева в полузасушливом регионе ниже — 57 000 растений/ га по сравнению с 78 000 растениями/ га в полувлажном. Отдельное растение кукурузы в полузасушливой системе производит на 45% больше зерна, чем в полувлажной.

Управление может частично объяснить эти отличия по урожайности. Производители в полузасушливых степях использовали No-Till с начала 1990-х, в то время как производители в полувлажном регионе используют чизельный плуг и проводят дискование, чтобы подготовить поля к посеву (Таблица 1). Кроме того, производители в полузасушливом регионе используют севообороты, включающие большее количество культур; один из типичных севооборотов следующий: пшеница-кукуруза-горох-кукуруза-соя [Glycine max (L.) Merr.] — овес (Avena sativa L.). В отличие от этого, производители в полувлажном регионе выращивают только кукурузу и сою. Очевидно, что кукуруза более эффективна в преобразовании ресурсов в зерно в используемой в полузасушливом регионе системе, включающей No-Till в сочетании с диверсифицированным севооборотом. По нашему мнению, изменения биологии почвы также делают вклад в получение такой удивительно высокой урожайности в условиях полузасушливых степей. Таким образом, в данной статье мы обсудим изменения в биологии почвы и влияние на нее управленческих методов, используемых в системах No-Till . Наша цель — стимулировать развитие севооборотов No-Till, включающих разнообразные культуры в условиях полузасушливых степей Евразии.

Шаги к повышению урожайности в системах No-Till

Производители в полузасушливых степях наблюдали, что урожайность кукурузы в системах No-Till увеличивалась поэтапно с течением времени (Рисунок 1). Изначально прибавка урожайности была результатом перехода к No-Till и сохранению растительных остатков на поверхности почвы, что повышает доступность влаги. Диверсификация севооборота привела ко второму этапу повышения урожайности, при этом неожиданно высокой стала прибавка урожайности при использовании синергитической последовательности культур в севообороте. Более того, урожайность повысилась, несмотря на то, что использование ресурсов, таких как удобрения, не увеличилось. Таким образом, производители считают, что улучшение микробиологической активности в почве также повышает урожайность культур. В следующих разделах мы опишем биологические факторы, связанные с указанными этапами повышения урожайности.

No-Till: сохранение растительных остатков на поверхности почвы

Урожайность быстро увеличивалась на начальных этапах использования No-Till, поскольку для роста культур доступно больше влаги. Покров из растительных остатков на поверхности почвы повышает эффективность накопления влаги осадков в почве; в некоторых случаях количество накопленной влаги может увеличиться практически вдвое (Peterson et al. 1996).

Дальнейшее благоприятное последствие использования технологии No-Till и сохранения растительных остатков на поверхности почвы — это улучшение пористости почвы; в системах No-Till влага осадков впитывается в почву быстрее, чем в системах, где осуществляется механическая обработка (Shaver et al. 2002). Одно долгосрочное исследование показало, что инфильтрация в системе No-Till (17 лет), где культуры выращивались постоянно, была в три раза выше, чем в системе механической обработки с севооборотом пшеница-пар (Liebig et al. 2004). Такое улучшение пористости почвы связано с двумя факторами. Во-первых, в системах No-Till повышается содержание органического вещества в верхнем слое почвы (5 см); уровень органического вещества вырос с 35% до 50% через 15 лет применения технологии No-Till и беспрерывного возделывания культур (Sherrold et al. 2005; Liebig et al. 2004). Во-вторых, No-Till способствует развитию сообщества грибов в почве, таких как микориза и базидиомицеты (Carter 2002; Caesar-TonThat et al. 2011). Грибы взаимодействуют с органическим веществом, формируя почвенные агрегаты (Ryan and Graham 2002; Rillig 2004). Шейвер и его рабочая группа (Shaver et al., 2002) выявили прямую взаимосвязь между количеством растительных остатков на поверхности почвы и улучшением пористости почвы.

Разнообразие культур: повышение урожайности с помощью севооборота

Когда производители впервые начали использовать технологию No-Till, они продолжали применять свои традиционные севообороты, состоящие из одной или двух культур. Урожайность зачастую была низкой из-за заболеваний растений (Cook 1990; Krupinsky et al. 2002). Добавление альтернативных культур в севооборот снизило частотность возделывания отдельных культур и сопутствующих заболеваний, тем самым способствуя повышению урожайности. Например, урожайность озимой пшеницы на 70% выше при возделывании раз в четыре года по сравнению с монокультурой пшеницы (Рисунок 2). Аналогично, зерновая урожайность кукурузы выше на 43% при возделывании раз в четыре года по сравнению с монокультурой кукурузы. Растительные остатки токсичны для всходов кукурузы, засеваемой на следующий год; подавление роста всходов приводит к снижению урожайности (Crookston 1995).

Масса растений культур выше, если они выращиваются в севообороте нечасто. Здоровые растения более эффективны в использовании ресурсов, таких как влага, для производства зерна (Angus and van Herwaarden 2001).

Синергия: повышение эффективности использования ресурсов культурами

Прибавка урожайности, обусловленная диверсификацией возделываемых культур (влияние севооборота), и повышение эффективности использования влаги при переходе на No-Till были ожидаемыми для производителей. Однако они были удивлены повышением урожайности кукурузы, когда ей в севообороте предшествовал горох. Чтобы понять эту неожиданную тенденцию, мы сравнили влияние пяти культур-предшественников на урожайность кукурузы (Anderson 2011). Урожайность кукурузы снизилась на 43%, когда она выращивалась после кукурузы, что было вызвано заболеваниями корневой системы и микотоксинами (Рисунок 3). Выращивание в качестве предшественника любой другой культуры, такой как яровая пшеница, соя, рапс (Brassica napus L.) или горох способствовало повышению урожайности кукурузы, исключая отрицательное влияние, которое присутствовало при возделывании кукурузы после кукурузы, т.е. имело место влияние севооборота. Но урожайность кукурузы была на 12 — 15% выше при выращивании после гороха, чем после пшеницы, сои или рапса. Уровень плодородия почвы и доступность влаги для кукурузы не отличались; помимо влияния севооборота, выращивание гороха обеспечило дополнительное преимущество, т.к. улучшило отзывчивость кукурузы при равном обеспечении ресурсами. Мы называем эту тенденцию синергией.

Еще одно положительное проявление синергического воздействия гороха состоит в том, что урожайность кукурузы была выше при меньшей плотности посевов (Anderson 2011). Урожайность кукурузы была аналогичной как при 52000 растений/ га после гороха, так и при 73 000 растений/ га после сои или яровой пшеницы; отдельные растения кукурузы были более продуктивными после гороха, чем после других культур. Горох улучшает эффективность роста кукурузы, поскольку эту прибавку урожайности нельзя было объяснить увеличением размера растений или использованием большего количества питательных веществ (Anderson 2012).

Горох также улучшает эффективность роста озимой пшеницы. По сравнению с несколькими другими культурами озимая пшеница на 10-25% более эффективна в использовании влаги после гороха (LaFond et al. 2006; Anderson 2009; Seymour et al. 2012). Также наблюдается синергия при возделывании озимой пшеницы и проса (Panicum miliaceum L.) после кукурузы; обе культуры производят на 15 — 25% больше зерна при равной доступности влаги в севооборотах, включающих кукурузу (Anderson 2011).

Эффективность использования ресурсов культурами также повышается в результате изменений, происходящих в почве благодаря использованию No-Till. Лафонд и его рабочая группа (Lafond et al., 2011) обнаружили, что яровая пшеница использовала N более эффективно в системе No-Till по сравнению с системами, где проводилась механическая обработка почвы. При сопоставлении двух участков с разной историей обработки (23 года No-Till и механической обработки) было обнаружено, что урожайность пшеницы приблизительно на 15% выше в системе No-Till при равных нормах внесения удобрений (Figure 4). Использование более высоких норм внесения удобрений в системе механической обработки почвы не компенсировало этот разрыв по урожайности по сравнению с системой No-Till. Яровая пшеница использует N более эффективно, благодаря улучшению здоровья и функционирования почвы.

Микробиальная экология: улучшение микробиального влияния на рост культуры

Положительное влияние гороха на следующие в севообороте культуры обусловлено ризобактериями, классом бактерий, которые взаимодействуют с корневой системой кульутры. Лупваи (Lupwayi et al., 2004a) обнаружил, что концентрация ризобактерий на корневой системе яровой пшеницы была в 700 раз выше после гороха, чем после пшеницы. Урожайность кукурузы повышается с увеличением концентрации ризобактерий на корневой системе (Riggs et al. 2001). Урожайность лучше, т.к. ризобактерии повышают эффективность использования ресурсов культурами. Например, фотосинтетическая эффективность риса (Oryza sativa) была на 12% выше, когда его корни были инокулированы ризобактериями (Peng et al. 2002). Ризобактерии также улучшают потребление питательных веществ и устойчивость культур к засухе (Dobbelaere et al., 2003).

Ранее мы отмечали, что концентрация микоризных грибов в почве повышается при использовании No-Till (Carter 2002). Такие культуры как горох и кукуруза положительно реагируют на колонизацию корней микоризой, т.к. она улучшает поглощение питательных веществ и устойчивость культур к стрессовым условиям (Auge 2001). Еще один важный аспект для производителей состоит в том, что синергия между микоризой и ризобактериями может повысить их положительное влияние. В одном эксперименте биомасса культур увеличилась на 28% благодаря синергии между микоризой и ризобактериями (Paula et al. 1992).

Производители считают, что почвенное микробиологическое сообщество делает свой вклад в неожиданно высокое увеличение урожайности при использовании систем No-Till. Специалисты по биологии почвы соглашаются с этим утверждением и ищут пути улучшить влияние микроорганизмов на рост культур. Они признают, что увеличение почвенной микробиальной биомассы и разнообразия улучшает функционирование почвы (Shaxson 2006). Микробиальная биомасса увеличивается в системах возделывания No-Till (Sherrold et al. 2005), при этом ее разнообразию благоприятствует как No-Till (Welbaum et al. 2004), так и диверсификация культур (Lupwayi et al. 2004b).

Специалисты по биологии почвы также рассматривают вариант выращивания дополнительных культур, когда остаточная микробиологическая популяция от одной культуры стимулирует рост следующей культуры (Sturz and Nowak 2000). Например, существует концепция «подготавливающей культуры», которая предполагает выращивание покровных культур в течение короткого промежутка времени, чтобы подготовить почву для следующей культуры, имеющей высокую экономическую ценность (Yunusa and Newton 2003). Еще один интригующий факт — влияние газа H2 на рост культуры. Бобовые высвобождают H2 в качестве побочного продукта фиксации N2, и в некоторых почвах увеличение уровня H2 улучшает рост культуры на 15 — 50% (Dong et al. 2003). Сеймур (Seymour et al., 2012) обнаружил, что количество высвобождаемого H2 может отличаться в 5 раз в зависимости от вида бобовой культуры. Эти открытия стимулировали возникновение новой перспективы среди производителей и ученых, в которой одна из целей управления состоит в улучшении «микробиологической стимуляции» роста культур (Welbaum et al. 2004).

Почвенное микробиологическое сообщество чрезвычайно сложное из-за разнообразия присутствующих организмов и огромного количества взаимодействующих процессов (Andren et al., 2008). Следовательно, могут быть сложности с разработкой агротехнических приемов, которые применимы для нескольких культур. С такой сложностью столкнулся Лафонд (Lafond et al., 2006). Рост льна (Linum usitatissimum) улучшается при его взаимодействии с микоризой. И пшеница, и горох поддерживают рост микоризы в почве. Однако благотворительное влияние микоризы на лен было более существенным при его возделывании после пшеницы, чем после гороха. Горох способствует развитию тех штаммов микоризы, которые менее эффективны для льна. Таким образом, благоприятное взаимодействие микроорганизмов может быть специфическим для каждой отдельной последовательности культур. Мы также столкнулись со спецификой при анализе синергии между культурами (Anderson 2011). Например, кукуруза оказывает синергическое воздействие на пшеницу и просо, но не на сорго [Sorghum bicolor (L.) Moench]; горох же оказывает синергическое влияние на кукурузу и озимую пшеницу, но не на сою.

Увеличение осознания системных преимуществ

Производители и ученые начинают понимать комплексные взаимодействия между управлением культурами и функционированием почвы, а, следовательно, и продуктивностью земли (Welbaum et al. 2004). Биологическими механизмами можно управлять так, чтобы повысить эффективность использования ресурсов; таким образом, производители в системах No-Till повышают урожайность, не увеличивая использование производственных ресурсов, таких как удобрения, что происходит благодаря улучшению функционирования культур и почвы.

Повышение урожайности происходит поэтапно, поскольку No-Till и разнообразие культур в севообороте являются залогом преимуществ, связанных с микробиологией почвы. Ранее мы отмечали, что урожайность кукурузы на растение приблизительно на 45% выше в системе No-Till с диверсифицированным севооборотом по сравнению с системой механической обработки с севооборотом кукуруза-соя (Таблица 1). Мы объясняем это изменение в урожайности множеством взаимодействующих факторов, таких как No-Till, разнообразие культур, почвенное микробиологическое сообщество и функционирование почвы. Например, концентрация микоризных грибов при использовании No-Till повышается (Carter 2002). Возделывание различных культур также повышает благоприятное влияние микоризы. Как показал Джонсон (Johnson et al., 1992), монокультура кукурузы или сои способствовала развитию популяций микоризы, которые были менее благоприятны или даже пагубны для культур, на которых они развивались. Повышение частотности включения гороха в севооборот повышает возможность синергического взаимодействия между ризобактериями и микоризой, что еще более существенно повышает урожайность.

Эта прибавка урожайности может показаться аномальной, но аналогичное повышение урожайности наблюдалось и по озимой пшенице в засушливых степях США (Anderson 2009). Традиционные севообороты в этом регионе озимая пшеница-пар или озимая пшеница-просо-пар, при этом контроль сорняков осуществляется механически в периоды, когда культура не возделывается. Что касается No-Till, производители разработали более диверсифицированные севообороты, включающие озимую пшеницу-кукурузу-просо-горох на фураж. Этот новый севооборот увеличил потенциал урожайности озимой пшеницы вдвое. Урожайность озимой пшеницы редко достигает более 2800 кг/ га в севооборотах традиционной системы. В отличие от этого, озимая пшеница дает более 5200 кг/ га в благоприятные годы в системе No-Till при четырехпольном севообороте. Кроме того, урожайность проса в некоторые годы превышает 4000 кг/ га в севообороте No-Till, но редко достигает более 2200 кг/ га в севообороте пшеница-просо-пар. Урожайность культур в севооборотах No-Till превышает прогнозируемую, которая основывается на обеспечении влагой и внесении удобрений, благодаря повышению эффективности биологической системы.

Производители, использующие систему No-Till в США, применяют комплексные системы возделывания и получают более высокую чистую прибыль, чем производители, использующие традиционные севообороты, включающие 1 или 2 культуры. Чистая прибыль положительная, даже когда севооборот включает низкотоварные культуры, благодаря улучшению продуктивности земли и снижению затрат на удобрения и средства борьбы с вредителями (Anderson 2009).

Ссылки

Andean O., Kirchmann H., Katterer T., Magid J., Paul E.A., Coleman D.C. (2008) Visions of a more precise soil biology. European Journal of Soil Science 59, 380-390.

Anderson R.L. (2008) Crop diversity and No-Till: keys for pest management in the U.S. Great Plains. Weed Science 56, 141-145.

Anderson R.L. (2009) Rotation design: a critical factor for sustainable crop production in a semiarid climate. Pages 107-121 in Lichtfouse E. (editor) Organic Farming, Pest Control, and Remediation of Soil Pollutants. Sustainable Agriculture Reviews 5. Springer Publishing Company.

Anderson R.L. (2011) Synergism: a rotational effect of improved growth efficiency. Advances in Agronomy 112, 205-226.

Anderson R.L. (2012) Possible causes of dry pea synergy to corn. Weed Technology 26, 438-442.

Angus J.F., van Herwaarden A.F. (2001) Increasing water use and water use efficiency in dryland winter wheat. Agronomy Journal 93, 290-298.

Auge R.M. (2001) Water relations, drought and vesicular-arbuscular mycorrhizal symbiosis. Mycorrhiza 11, 3-42.

Carter M.R. (2002) Soil quality for sustainable land management: organic matter and aggregation interactions that maintain soil functions. Agronomy Journal 94, 38-47.

Caeser-TonThat T.C., Sainju U.P., Wright S.F., Shelver W.L., Kolberg R.L., West M. (2011) Long-term tillage and cropping effects on microbiological properties associated with aggregation in a semi-arid soil. Biology and Fertility of Soils 47, 157-165.

Cook R.J. (1990) Diseases caused by root-infecting pathogens in dryland agriculture. Advances in Soil Science 13, 215-239.

Crookston R.K. (1995) The rotation effect in corn. Pages 201-215 in Wilkerson D. (editor) Proceedings 50th Annual Corn Sorghum Research Conference. American Seed Trade Association, Alexandria, Virginia, U.S.A.

Dobbelaere S., Vanderleyden J., Okon, Y. (2003) Plant growth-promoting effects of diazotrophs in the rhizosphere. Critical Reviews in Plant Science 22, 107-149.

Dong Z., Wu L., Kettlewell B., Caldwell C.D., Layzell D.B. (2003) Hydrogen fertilization of soils — is this a benefit of legumes in rotation? Plant, Cell and Environment 26, 1875-1879.

Hagny, M. (2010) The Payoff. Leading Edge 8, 548. Available on web page: www.notill.org/index/No-Till_resources/leading edge. Accessed August 12, 2012.

Hobbs P.R. (2007) Conservation agriculture: what is it and why is it important for future sustainable food production. Journal of Agricultural Science 145, 127-137.

Johnson N.C., Copeland P.J., Crookston R.K., Pfleger F.L. (1992) Mycorrhizae: possible explanation for yield decline with continuous corn and soybean. Agronomy Journal 84, 387-390.

Kirkegaard J.A., Hunt J.R. (2010) Increasing productivity by matching farming system management and genotype in water-limited environments. Journal of Experimental Botany 61, 4129-4143.

Krupinsky J.M., Bailey K.L., McMullen M.P., Gossen B.D., Turkington T.K. (2002) Managing plant disease risk with diversified cropping systems. Agronomy Journal 94, 198-209.

Lafond G.P., May W.E., Stevenson F.C., Derksen D.C. (2006) Effects of tillage systems and rotations on crop production for a thin Black Chernozem in the Canadian prairies. Soil & Tillage Research 89, 232-245.

Lafond G.P., Walley F., May W.E., Holzapfel C.B. (2011) Long term impact of No-Till on soil properties and crop productivity on the Canadian prairies. Soil & Tillage Research 117, 110-123.

Liebig M.A., Tanaka D.L., Wienhold B.J. (2004) Tillage and cropping effects on soil quality indicators in the northern Great Plains. Soil & Tillage Research 78, 131-141.

Lupwayi N.Z., Clayton G.W., Hanson K.G., Rice W.A., Biederbeck V.O. (2004a) Endophytic rhizobia in barley, wheat and canola roots. Canadian Journal of Plant Science 84, 37-45.

Lupwayi N.Z., Clayton G.W., O’Donovan, J.T., Harker K.N., Turkington T.K., Rice W.A. (2004b) Soil microbiological properties during decomposition of crop residues under conventional and zero tillage. Canadian Journal of Soil Science 84, 411-419.

[NASS] National Agricultural Statistics Service (2012) South Dakota web page. www.nass.usda.gov/statistics_by_state/South_Dakota/Publications/County_Estimates. Accessed August 3, 2012.

Paula M.A., Urquiaga S., Siqueira J.O., Dobereiner J. (1992) Synergistic effects of vesicular-arbuscular mycorrhizal fungi and diazotrophic bacteria on nutrition and growth of sweet potato (Ipomoea batatas). Biology and Fertility of Soils 14, 61-66

Peng S., Biswas J.C., Ladha J. K., Cyaneshwar P., Chen, Y. (2002) Influence of rhizobial inoculation on photosynthesis and grain yield of rice. Agronomy Journal 94, 925-929.

Peterson G.A., Schlegel A.L., Tanaka D.L., Jones O.R. (1996) Precipitation use efficiency as affected by cropping and tillage system. Journal of Production Agriculture 9, 180-186.

Riggs P.J., Chelius M.K., Iniguez A.L., Kaeppler S.M., Triplett E.W. (2001) Enhanced maize productivity by inoculation with diazotrophic bacteria. Australian Journal of Plant Physiology 28, 829-836.

Rillig M.C. (2004) Arbuscular mycorrhizae, glomalin, and soil aggregation. Canadian Journal of Soil Science 84, 355-363.

Ryan M.H., Graham J.H. (2002) Is there a role for arbuscular mycorrhizal fungi in production agriculture? Plant and Soil 244, 263-271.

Seymour M., Kirkegaard J.A., Peoples M.B., White P.F., French R.J. (2012) Break-crop benefits to wheat in Western Australia-insights from other three decades of research. Crop and Pasture Science 63, 1-16.

Shaver T.M., Peterson G.A., Ahuja L.R., Westfall D.G., Sherrod L.A., Dunn G. (2002) Surface soil physical properties after twelve years of dryland No-Till management. Soil Science Society of America Journal 66, 1296-1303.

Shaxson T.F. (2006) Re-thinking the conservation of carbon, water and soil: a different perspective. Agronomy for Sustainable Development 26, 9-19.

Sherrod L.A., Peterson G.A., Westfall D.G., Ahuja L.R. (2005) Soil organic pools after 12 years in No-Till dryland agroecosystems. Soil Science Society of America Journal 69, 1600-1608.

Sturz A.V., Nowak, J. (2000) Endophytic communities of rhizobacteria and the strategies required to create yield enhancing associations with crops. Applied Soil Ecology 15, 183-190.

Watt M., Kirkegaard J.A., Passioura J.B. (2006) Rhizosphere biology and crop productivity — a review. Australian Journal of Soil Research 44, 299-317.

Welbaum G.E., Sturz A.V., Dong Z., Nowak J. (2004) Managing soil microorganisms to improve productivity of agro-ecosystems. Critical Reviews in Plant Sciences 23, 175-193.

Yunusa I.A.M., Newton P.J. (2003) Plants for amelioration of subsoil constraints and hydrological control: the primer-plant concept. Plant and Soil 257, 261-281.

Таблица 1. Урожайность кукурузы в полузасушливых и в полувлажных условиях Великих Равнин Соединенных штатов. Участки расположены на одной широте, но на расстоянии 160 км друг от друга. Сокращения следующие: П- пшеница; К — кукуруза; Г — горох; С — соя; О — овес. Источник: Hagny 2010; NASS 2012.


Полузасушливые условия

Полувлажные условия

Урожайность кукурузы (кг/га)

9700

9200

Осадки (мм)

460

585

Популяции кукурузы (растений/га)

57 000

78 000

Управление



Обработка почвы

No-Till (22 года)

Чизелевание, дискование

Севооборот

П-К-Г-К-С-O

К-С


Рисунок 1. Этапы повышения урожайности в системах возделывания No-Till, выделенные производителями и учеными в полузасушливых условиях степей США.


Этапы повышения урожайности








Рисунок 2. Зависимость урожайности озимой пшеницы и кукурузы от частоты возделывания в севообороте. Урожайность отображена в виде процентной доли от наивысшей урожайности при проведении эксперимента. Столбцы с одинаковыми индексами в рамках исследования одной культуры существенно не отличаются, уровень вероятности 5%. Частота возделывания культур: 1/1 — ежегодное возделывание; 1/4 возделывание раз в четыре года. Исследование проводилось в степном регионе США. Источник: Cook 1990; Anderson 2008. 

потенциал урожайности



















Рисунок 3
. Влияние культуры-предшественника на урожайность кукурузы. Исследование проводилось с использованием методов No-Till в восточной части Южной Дакоты, США. Данные по урожайности были получены с интервалом 4 года; столбцы с одинаковыми индексами существенно не отличаются, степень вероятности 5%. Источник: Андерсон, 2011.
Урожайность и предшественник










Рисунок 4. Урожайность яровой пшеницы в зависимости от нормы внесения азотных удобрений и истории возделывания. В исследовании проводилось сравнение поля, на котором технология No-Till использовалась в течение 23 лет с полем, где в течение того же периода времени использовалась традиционная обработка. На 24 год на обоих полях начали использовать севооборот яровая пшеница-рапс, при этом ежегодно возделывались обе культуры. Показатели усреднены за 8 лет, начиная с года заложения исследования. Исследование проводилось в Саскачеване, Канада. Источник: LaFond et al. 2011. 

Урожайность и азот