Родючість ґрунту

Чорнозем

Родю́чість ґру́нту — характеристика ґрунту, визначає його здатність підтримки великої кількості рослинного життя. Термін найчастіше використовується для опису земель сільськогосподарського призначення.

Ґрунт є відносно невідновлюваним ресурсом, оскільки його регенерація відбувається через хімічні та біологічні процеси вивітрювання гірських порід, що вимагає геологічних масштабів часу. Діяльність людини, така як урбанізація, вирубка лісів та індустріалізація, може призвести до ерозії та виснаження ґрунту. Для утворення нового ґрунту може знадобитися від сотень до тисяч і більше років для формування нового ґрунту, що робить його невідновлюваним ресурсом. Але комплексний підхід може відновити родючість ґрунту.

Еталон родючого ґрунту (найродючіший ґрунт) — чорнозем. Він поширений на території України.

Родючий ґрунт зазвичай характеризується такими властивостями:

• Містить здорову екосистему мікроорганізмів та грибків, корисних для росту рослин.
• Багатий на головні елементи, необхідні для живлення рослин: азот, фосфор і калій.
• Містить органічну речовину ґрунту, що покращує його структуру, здоров'я екосистеми та допомагає утриманню вологи.
• Містить достатню кількість мікроелементів, таких як бор, хлор, кобальт, мідь, залізо, магній, марганець, молібден, сірка і цинк.
• Кислотність в діапазоні pH від 6,0 до 7,8.
• Добра структура, що забезпечує необхідний дренаж.
• Велика товщина верхнього шару ґрунту з непошкодженою протягом тривалого часу структурою.
• Містить здорову екосистему мілких ґрунтових тварин.

У сільському господарстві родючі ґрунти зазвичай отримуються за допомогою ряду мір збереження та меліорації ґрунтів.

Родючість ґрунту основний фактор сільськогосподарського виробництва, однак при інтенсивному використанні ґрунту показники і здатність забезпечувати речовинами сільськогосподарські рослини на початку велике, але з часом скорочується через виснаження ґрунтового запасу поживних речовин. Щоб продовжити сільськогосподарське виробництво землекористувачі вносять добрива, що містять поживні речовини, однак, це може погіршити здоров'я екосистеми ґрунту і, як наслідок, — погіршити родючість. Певна частина застосованих добрив не діє безпосередньо на рослини та організми чи воду, й адсорбується та накопичується в ґрунті, що виділяє побічні речовини протягом тривалого періоду та порушує здоров'я нормальної екосистеми ґрунту і якість продукції.

За статистикою, в світі кожну 1 хвилину втрачається придатний ґрунт площею 30 футбольних полів. 70% ґрунтів нашої планети вже знищено. З такою швидкістю на Землі придатний для землеробства ґрунт закінчиться за 60 років.

Причини зменшення родючості

Основними причинами є надмірне порушення структури грунту (оранка), недотримання сівозмін, використання синтетичних добрив, пестицидів та гербіцидів, які накопичуються в ґрунтів і руйнують здорову екосистему ґрунту; ерозія, засолення.

Синтетичні добрива та пестициди

Синтетичні добрива порушують баланс корисних мікроорганізмів, грибків та органічних речовин у ґрунті. Це вимагає ще більше добрив, щоб досягти тих же результатів наступного року, що замикає порочне коло (більше синтетичних добрив — гірше здоров'я екосистеми ґрунту).

Крім того, внаслідок порушень здоров'я екосистеми ґрунту, виникає потреба у використанні пестицидів та гербіцидів для боротьби з бур’янами та жуками, з якими, зазвичай, справляється здорова екосистема, в яку не вносятся синтетичні добрива. Це ще більше порушує здорову екосистему ґрунту і, як наслідок, значно зменшує родючість.

Оранка та обробіток важкою технікою

Недоліками оранки, окрім значних витрат часу, праці та ресурсів, та водної та вітрової ерозії, є деградація ґрунтів, особливо верхнього родючого шару.

Також, здорова екосистема мікроорганізмів ґрунту включає аеробні (необхідний кисень) та анаеробні (необхідна відсутність кисню) види мікроорганізмів. В здоровому ґрунті аеробні розміщуються у верхніх шарах, а анаеробні у глибших шарах ґрунту. Оранка призводить до перемішування цих шарів і гибелі здорових мікроорганізмів, що сформувалися в ґрунті.

Постійне застосування глибокої оранки робить грунт беззахисним перед впливом зовнішнього середовища. Наслідком цього є мінералізація органічної речовини і ерозійні процеси. Верхній шар з року в рік знаходиться в зруйнованому стані, тому як в періоди між оранкою ні мікроорганізми, ні структура ґрунту не встигають відновлюватись.

Обробіток важкою технікою також значно ущільнює ґрунт, що погіршує циркуляцію повітря в верхніх шарах грунту і, як наслідок, здоров'я екосистеми ґрунту.

Недотримання сівозмін

Монокультура та монотонна сівозміна — незмінна структура посівних площ — виснажують ґрунти.

Нестача органічних добрив

Органічні добрива — добрива, що містять елементи живлення рослин переважно у формі органічних сполук. До них відносять гній, компости, торф, тирса, солома, зелене добриво, мул (сапропель), промислові та господарські відходи та інші.

Покращення родючості ґрунту

У світі існує велика кількість деградованих земель, які потребують відновлення родючості ґрунту для задоволення поточних і майбутніх потреб, зокрема, у продовольчій безпеці.

Найкращі результати в підвищенні родючості ґрунту досягаються при регулярному тестуванні ґрунту та персоналізованому управлінні поживними речовинами ґрунту, відповідно то мікробіологічного, біохімічного та мінерального складу ґрунту, вологості, pH, та інших характеристик ґрунту, погодних та кліматичних умов, та згідно зі стратегією сівозмін.

Стратегія сівозмін

Сівозміна — це традиційна практика в багатьох культурах і все ще один із найефективніших способів підтримки родючості ґрунту. Чергування посівів у послідовні сезони запобігає накопиченню шкідників і хвороб і підвищує вміст поживних речовин у ґрунті. Кожна культура забирає з ґрунту різний спектр елементів та сприяє розвитку певних мікроорганізмів, грибків та тварин.

Вирощування сої за системою нульового обробітку грунту (Меріленд, США)

Зберігаючий обробіток ґрунту

Система нульового обробітку землі, також відома як No-Till — сучасна система землеробства, за якої висаджування насіння відбувається у необроблений грунт шляхом нарізання борозни потрібної ширини і глибини, достатньої для заглиблення насінини. Інші види обробітку не застосовуються. Допускається лише обробіток підпосівного шару у разі його переущільнення, але такий обробіток проводиться спеціальними знаряддями і надгрунтовий рослинний покрив у цей час не порушується. Обов'язковим елементом нульових технологій обробітку є постійний рослинний покрив з живих або мертвих (стерня або мульча) рослин. Оскільки верхній шар ґрунту не пошкоджується, така система землеробства запобігає водній та вітровій ерозії ґрунтів, а також значно краще зберігає воду.

Технологія Strip-till — це спосіб обробки, що передбачає нарізання ґрунту смугами. Водночас вносяться органічні добрива в підкореневий шар. Грунт між рядками залишається незайманим. Для досягнення максимальної ефективності проводиться восени.

Мульчування — нанесення на поверхню ґрунту органічних матеріалів, таких як солома, деревна стружка або листя, може захистити ґрунт від ерозії, зберегти вологу, зменшити бур’яни та покращити стан ґрунту під час розкладання мульчі.

Відновлювальне землеробство

Основні статті — Відновлювальне землеробство, Пермакультура, Стале сільське господарство, Біодинамічне сільське господарство.

Сидерати (покривні культури)

Сидера́ти (покривні культури, зелені добрива) — рослини, які тимчасово вирощують на вільних ділянках ґрунту з метою поліпшення структури ґрунту, збагачення його азотом та пригнічення росту бур'янів.

Покривні культури є ключовою практикою регенеративного землеробства, оскільки вони зменшують ерозію, покращують структуру ґрунту, збільшують органічні речовини та допомагають утримувати воду та поживні речовини.

Секвестрація та акреція вуглецю

Багаторічна комплексна стратегія для відновлення втраченої родючості є можливою за допомогою практик, які сприяють накопиченню вуглецю в ґрунті та ефективному використанню та збереженню азоту і фосфору. Аккреція вуглецю є центральною для відновлення родючості, що є результатом більшої кількості та різноманітності підземних надходжень вуглецю, покращеної структури ґрунту та меншої кількості порушення ґрунту. Збереження азоту може бути результатом практик, які підвищують загальносистемну ефективність використання азоту, включаючи багаторічні рослини з їхньою здатністю захоплювати азот із глибшого профілю ґрунту, переміщувати азот та фіксувати атмосферний азот. Покращене утримання та переробка багаторічних рослин відбувається завдяки збільшеному надходженню кореневих, й симбіотичних мікробних та грибних метаболітів, які роблять мінеральний і органічний фосфор у ґрунті доступними для поглинання рослинами, а також менші зменшують втрати внаслідок вимивання та ерозії.

Біочар (біовугілля)

Біовугілля (біочар), виготовлене із залишків деревини

Біочар (біовугілля) може підвищити родючість ґрунтів і збільшити продуктивність сільського господарства.

Біочар — це стабільна тверда речовина, яка багата пірогенним вуглецем і може зберігатися в ґрунті тисячі років, сприяючи покращенню родючих властивостей ґрунту, завдяки своїх пористій структурі, що насичує киснем ґрунт, сприяє секвестрації (затримці) вуглеця в ґрунті, затримує в собі воду, і є ідеальним середовищем для розвитку необхідних мікроорганізмів, що є основою здорової екосистеми ґрунту.

Спільне вирощування та полікультури

Вирощування різних типів культур разом може покращити кругообіг поживних речовин, зменшити тиск шкідників і хвороб, а також підвищити врожайність і родючість ґрунту.

Відновлення полезахисних лісосмуг

Лісосмуги захищають поля від вітряної ерозії верхнього шару ґрунту, покращують мікроклімат агробіоценозів, допомагають утворювати стабільні екосистеми та зменшують забруднення.

Агролісомеорація — практика інтеграції дерев або кущів із сільськогосподарськими культурами чи системами тваринництва може значно підвищити родючість ґрунту. Дерева постачають органічну речовину (листовий опад), зменшують ерозію, а їхнє глибоке коріння може витягувати поживні речовини з глибини ґрунту.

Відновлення біорізноманіття

Світовими проблемами є зменшення як біорізноманіття рослин, так і родючості ґрунту. Дослідження 2021 року, опубліковане в PNAS, показало, що відновлення біорізноманіття рослин на бідному поживними речовинами неудобреному ґрунті призвело до більшого підвищення родючості ґрунту, ніж це відбувалося, коли ці самі види рослин росли в монокультурах. Також дослідники зазначили, що творче застосування висновків досілдження на пасовищах, для покривних культур і в системах проміжних посівів може забезпечити вигоду від парникових газів від зберігання вуглецю в ґрунті та зменшити кількість добрив, необхідних для отримання оптимальної врожайності.

Використання біодобрив

Біодобрива — це речовини, що містять живі мікроорганізми. При нанесенні на насіння, поверхню рослин або ґрунт вони колонізують ризосферу рослини та сприяють росту, збільшуючи надходження або доступність основних поживних речовин для рослини-господаря.

Точне землеробство

Основна стаття — Точне землеробство.

Впровадження сучасних сенсорних технологій: датчики вологості ґрунту, рівня поживних речовин і рН можуть допомогти фермерам ефективніше застосовувати воду та добрива, уникаючи відходів і потенційної деградації ґрунту.

Органічні добрива

Органічні добрива — добрива, що містять елементи живлення рослин переважно у формі органічних сполук. До них відносять гній, компости, торф, тирса, солома, зелене добриво, мул (сапропель), промислові та господарські відходи та інші.

Використання компосту, гною або інших органічних матеріалів може значно покращити структуру ґрунту, здатність утримувати воду та вміст поживних речовин. Це не тільки живить ґрунтові мікроорганізми, але й забезпечує поживними речовинами рослини.

Перспективні методи

До деяких перспективних методів відносять використання таких інструментів та методик:

• Арбускулярні мікоризні гриби: мікоризні гриби формують симбіотичні стосунки з корінням рослин, допомагаючи рослині отримувати доступ до таких поживних речовин, як фосфор і цинк, в обмін на вуглеводи з рослини.
• Грибки Trichoderma: ці грибки мають здатність виживати в несприятливих умовах (висока солоність і посуха), позитивно використовувався як корисні мікроорганізми через їхню здатність пригнічувати декілька грибкових патогенів рослин. Вони є важливими конкурентами в ризосфері, стійкі до ґрунтових фунгіцидів, ефективні у використанні поживних речовин ґрунту, а також сприяють росту рослин. Trichoderma spp., який може мінералізувати органічні поживні речовини, виробляючи велику кількість позаклітинних ферментів, зменшує кількість хімічних речовин, таких як біодобрива, сприяючи сталому сільському господарству та збереженню природних ресурсів. Ці ризосферні мікроорганізми вивільняють позаклітинні ферменти для початку деградації високомолекулярних полімерів, що також може призводити до загибелі негативно патогенних для рослин грибів.
• Ascophyllum nodosum
• Цеоліт
• Методика часткового висихання коренів
• Зелені нанотехнології: використання наноматеріалів може підвищити ефективність використання добрив, тим самим зменшуючи кількість необхідних добрив, мінімізуючи їх стік і обмежуючи негативний вплив на навколишнє середовище, пов’язаний із надмірним використанням синтетичних добрив, пестицидів та гербіцидів. Дослідження 2015 року продемонструвало потенціал нанотехнологій у зменшенні втрат поживних речовин і підвищенні ефективності використання поживних речовин. Наночастинки можуть бути сконструйовані так, щоб вивільняти поживні речовини або засоби захисту повільно і точно тоді, коли вони потрібні культурам, тим самим покращуючи ефективність поглинання поживних речовин та зменшуючи забруднення ґрунтів. Це може призвести до здоровішого врожаю та підвищення врожайності, а також зберегти здоров’я ґрунту. Крім того, нанотехнології можуть бути застосовані для виробництва наносенсорів, здатних виявляти зміни здоров’я ґрунту та статусу поживних речовин, що дозволяє своєчасно втручатися для покращення родючості ґрунту. Також зелені нанотехнології можуть бути перспективними для очищення забруднених ґрунтів, зокрема від важких металів.

Потенціал відновлення родючості також є за допомогою прикладів систем, які забезпечують пом’якшення клімату (целюлозна біоенергетика), стале тваринництво (інтенсивний ротаційний випас) чи відмову від нього, і системи направленні на відновлення біорізноманіття.

Законодавство України

Поняття і терміни

• Родючість ґрунту - здатність ґрунту задовольняти потреби рослин в елементах живлення, воді, повітрі і теплі в достатніх кількостях для їх нормального розвитку, які в сукупності є основним показником якості ґрунту (див. ст. 1 Закону України "Про охорону земель");
• ґрунт - природно-історичне органо-мінеральне тіло, що утворилося на поверхні земної кори і є осередком найбільшої концентрації поживних речовин, основою життя та розвитку людства завдяки найціннішій своїй властивості - родючості;
• деградація ґрунтів - погіршення корисних властивостей та родючості ґрунту внаслідок впливу природних чи антропогенних факторів;
• деградація земель - природне або антропогенне спрощення ландшафту, погіршення стану, складу, корисних властивостей і функцій земель та інших органічно пов'язаних із землею природних компонентів;

Складовою земельних та інших природних ресурсів є ґрунти. Де земельні ресурси - це сукупний природний ресурс поверхні суші, як просторового базису розселення і господарської діяльності, як основний засіб виробництва в сільському та лісовому господарстві. Ґрунти та якість ґрунтів є складовою обліку (кадастру) земельних ресурсів України.

Особливо цінні землі та ґрунти

Перелік особливо цінних земель визначено ст. 150 Земельного кодексу України, їх вилучення (припинення прав) з сільськогосподарського використання можливе лише за погодженням з Верховною Радою України. Зміна цільового призначення особливо цінних земель допускається лише для розміщення на них об'єктів загальнодержавного значення, доріг, ліній електропередачі та зв'язку, трубопроводів, осушувальних і зрошувальних каналів, геодезичних пунктів, житла, об'єктів соціально-культурного призначення, об'єктів, пов'язаних з видобуванням корисних копалин, нафтових і газових свердловин та виробничих споруд, пов'язаних з їх експлуатацією, а також у разі відчуження земельних ділянок для суспільних потреб чи з мотивів суспільної необхідності у відповідності до Земельного кодексу України. Перелік особливо цінних груп ґрунтів, які зазначені у статті 150, визначено Наказом Державного комітету України по земельних ресурсах від 6 жовтня 2003 року № 245.

Міжнародні стандарти

Мапа поширення чорнозему в світі

Food and Agriculture Organization є спеціалізованою установою ООН, яка очолює міжнародні зусилля по боротьбі з голодом. Відповідно до визначених понять і стандартів цієї організації:

Родючість ґрунту — це здатність ґрунту підтримувати ріст рослин, забезпечуючи необхідні для рослин поживні речовини та сприятливі хімічні, фізичні та біологічні характеристики як середовище існування для росту рослин.

Бар’єри на шляху використання багаторічної обробки для відновлення деградованих ґрунтів можна подолати за допомогою політики, яка може стимулювати землевласників, фермерів і власників ранчо керувати екологічними процесами для родючості ґрунту та екосистемних послуг, можливо, шляхом переміщення стимулів від практик деградації землі, таких як інтенсивна коротка ротація зерна, до більш різноманітних сівозміни та інші методи, пов’язані з відновлюваним сільським господарством. Мільйони гектарів нині деградованих грунтів можуть бути відновлені чи оптимізовані, задля покращення екосистемних послуг, у тому числі пов’язаних із збереженням біорізноманіття, води та поживних речовин, а також економічного та суспільного добробуту.

Див. також

• Якість землі
• Рекультивація порушених земель
• Відновлювальне землеробство
• Пермакультура
• Система нульового обробітку землі
• Ґрунт
• Ґрунти України
• Гумус
• Біочар (біовугілля)

Література

• Закон України «Про охорону земель» від 19 червня 2003 року N 962-IV.
• Cataldo, Eleonora; Fucile, Maddalena; Mattii, Giovan Battista (2021). A Review: Soil Management, Sustainable Strategies and Approaches to Improve the Quality of Modern Viticulture. Agronomy (англ.) 11 (11). с. 2359. ISSN 2073-4395. doi:10.3390/agronomy11112359.

Книги

• Агроекологічна оцінка ґрунтів: моногр. / О. В. Телегуз, М. Г. Кіт. – Львів: ЛНУ ім. Івана Франка, 2013. – 260 с. – (Сер. “Ґрунти України”).
• Soil-plant-microbe interactions: An innovative approach towards improving soil health and plant growth. (pdf, epub) / Kumar, Upendra; Shelake, Rahul Mahadev; Singh, Rajni, (2023). Frontiers Media SA. ISBN 978-2-8325-1919-6.
• Білл Моллісон, Рені Міа Слей. Вступ до пермакультури. Львів: Простір-М, 2019. — 208 с.: іл., мал. — ISBN 978-617-7746-20-0

• Еколого-економічні проблеми деградації сільськогосподарських земель в Україні / А.Мартін, О.Чумаченко, 2018. ISBN 978-611-01-0608-5.
• Soil fertility and nutrient management in horticulture. Santra, Hari Gour; Sahoo, Biswanath (2017). NEW INDIA Publishing AGENCY. ISBN 978-93-89571-31-8.

Журнали

• Biology and Fertility of Soils
• Soil Biology and Biochemistry
• Plant and Soil
• Soil Science Society of America Journal
• Soil and Tillage Research
• European Journal of Soil Science
• Applied Soil Ecology

Посилання

• Food and Agriculture Organization (ООН)
• Фільм The Need To GROW (2023) про проблему виснаження сільськогосподарських ґрунтів планети та її рішення
• Карта родючості ґрунтів України