Green manuring and related practices

Размещено на Allbest.ru

INTRODUCTION

A green manure is defined by the Soil Science Society (Soil Sci. SOC. Am., Proc., 1965, 29: 337) as a “plant material incorporated with the soil while green, or soon after maturity, for improving the soil. ” In the narrow sense the green crop is one that has been grown specifically for the purpose of being incorporated into the soil. In actual practice, however, the term is usually used to include the turning under of almost any plant material other. than crop residues, and even residues are not always excluded. Actually, so far as turning under top growths is concerned, there is often little difference in the effects of additions of green or dry plant substances to the soil. This is especially true if the green and dry materials differ only in water content; if they differ in nitrogen and lignin content then the effects are likely to be markedly different.

Most crops that serve as green manures are crops that are grown for only a. portion of the season between, or following, other main crops in the rotation. They may be summer catch crops, winter cover crops, shade crops (in hot climates) or just weeds. Likewise, a crop such as sweet clover may be seeded in wheat, and later be turned under. Alfalfa may be grown for hay for two or more years and then be turned under before planting corn. A second crop of red clover may be treated likewise. In the same sense a grass or grass clover sod, when plowed under, serves as a green manure crop. It is obvious that there is such an overlapping that there can be no sharp line of demarcation between a green manure crop and other crops. However, in the discussion that follows the emphasis will be primarily on catch and cover crops that are grown for comparatively short times between other main crops in the rotation.

PAST TRENDS IN GREEN MANURING

green manuring

The practice of green manuring dates back practically to the beginnings of a settled type of agriculture where crops were grown more or less continuously on the same areas.

In China, as long as 3, 000 or more years ago, there are records showing that green crops, mostly legumes, were grown and plowed under directly or as compost for the purpose of manuring rice fields. We do not know how extensive this practice was but in later years, as the population increased, it is doubtful if many crops were used directly in this manner because they were considered more valuable as feed and food sources. However, there is no doubt that all plant parts were efficiently utilized as human or animal food, and inedible parts were either incorporated into the soil or added to the compost pile. Even weeds and green branches of trees and shrubs were used as green manures. Plants that grew in canals, as well as the mud from the canals, were removed and utilized directly or via the compost pile.

In Greece and Rome even before the time of Christ, green manuring seems to have been a fairly common practice. Lupines, beans, clovers and other legumes were grown on the poorer soils and incorporated into the soil while green. There is little evidence that t h s practice was followed in Egypt where the soil was kept fertile through annual flooding.

In medieval Europe green manuring was not generally practiced, if at all, because the feudal system of agriculture prevented the growth of such crops. Usually one or two grain crops were followed by a year of fallow with all areas available for common grazing between crops. It is also doubtful if the small areas devoted to gardening were ever purposely planted to crops to be turned under while green. In fact, legumes that were so commonly grown earlier in Greece and Rome were not used in the general cropping system. Some beans, lentils, peas and vetch were grown in the gardens but chiefly for food rather than for soil improvement. In limited areas around the Mediterranean, which were not under the feudal system of farming, the practice of green manuring was followed to a limited extent during the Middle Ages.

With the beginning of individual land tenure, and the passing of the open field system of agriculture in Europe, there was a revival of the practice of green manuring, first in Germany and a century later in France and England. By the year 1700 it seems that peas, lupines and horse beans were grown fairly commonly and turned under while still succulent, especially on the less fertile sandy soils of Germany. Green manuring supplemented, or, in some instances, replaced animal manures. Even then the matter of economics was given much consideration. Should the legumes be plowed under or fed to livestock? In fact, one of the main reasons for the revival of green manuring was the need to find a substitute for animal manures that were often becoming increasingly inadequate for the needs of agriculture.

Pieters (1927) pointed out that “green manuring is a more thoroughly established practice in Germany, in China and in Japan than in other countries. In Germany, few sandy land farms are operated without the use of green manures. ” Lupines and serradella are the chief crops used. In England, crucifers are generally used as catch crops. In China, Japan and India various kinds of vegetable matter are carried to the rice fields. In India, the legumes, Crotalaria and Sesbania, are commonly used to manure rice; green manure crops are also frequently used in permanent plantings of tea, coffee, and Hevea.

When the colonists came to America they were generally familiar with the benefits derived from the turning under of green crops, since they had observed the practice in their homelands. They did not follow these practices to any great extent initially, because their environment in America was very different from that in Europe. In America they were dealing with virgin soils and not with poor sandy ones. As the new soils lost their fertility, the colonists merely moved to new areas. By the beginning of the nineteenth century a few American farmers began to adopt the green manuring system, and its use increased gradually in subsequent years.

Although green manuring was originally confined almost completely to the use of legumes, there has been considerable shift to the use of non legumes, especially rye, wheat, oats and buckwheat, during the past one or two centuries. This change has been greatly accelerated with the advent of commercial forms of nitrogen. The importance of securing a new supply of nitrogen from the air has been de-emphasized to a considerable extent, whereas the other beneficial effects of green manuring have become relatively more important.

CROPS GROWN

Almost any crop that will grow satisfactorily in a given climate may be used as a green manure, but as a practical matter, the choice is usually very limited. For a particular purpose it seldom happens that a choice of two or more equally valuable crops is offered.

One is usually so much superior to others in a given situation that the grower has no hesitancy in making the choice. An exception to this is the cowpea and soybean crops that have similar growth requirements and growth patterns, and thrive under similar climatic conditions. Likewise, some of the small grains may sometimes be interchangeable.

Among the important points that determine the suitability for use as a green manure, aside from climate, season, and soil, are availability and cost of seed, rate and amount of growth, how well it fits into the cropping system, primary purpose for which it is grown, type of root system, ability to compete with weeds, ease of incorporation of the crop into the soil, probable effect on the subsequent crop, and many others.

These subjects are discussed rather fully by Piper and Pieters (1925), Pieters (1927), McKee (1 935), McKee and McNair (1 948) and Terman (1 949).

Leguminous crops

From an agricultural viewpoint, Piper and Pieters classify leguminous green manure crops as: (1) summer annuals, chiefly soybeans, cowpeas, peanuts, beans, velvet beans, common vetch and field peas; (2) winter annuals, including hairy vetch, common vetch, crimson clover, bur clover, field peas and red clover (in the south) ; and (3) biennials or perennials, comprising red clover, alsike clover, white clover, alfalfa and sweet clover. Each of these crops is adapted more or less definitely to a limited region.

Pieters mentions numerous other legumes that are grown less commonly in the United States and also several that have proven to be especially suited to conditions in various European countries, China, Japan, India, and the Tropics.

The chief nonlegume green manure crops grown in the United States are the small grain crops, including rye, wheat, oats, millet and barley. Rye is especially favored as a winter cover crop to be turned under in the early spring. Other plants that are occasionally grown include buckwheat, rape and turnips although they are more likely to be utilized for animal feed than as green manure crops. In Europe, rape, mustard and turnips are grown, as well as the small grain crops. Various weeds, such as ragweed, that germinate in grain fields and often make vigorous growths after the grain harvest, act as effective catch crops and as green manures when the grain stubble and weeds are turned under. The most effective green crop of all is usually grass, or a grass-clover sod, but the turning under of such a crop is not, strictly speaking, a green manure practice.

EFFECTS O F GREEN MANURING

Extensive experience in the use of green manures over many centuries, especially during the last two, has shown that they are usually very beneficial. Occasionally harmful effects may be experienced but these can usually be avoided by following good farm management practices.

The exact reasons for the beneficial effects have long been under discussion. Most emphasis has been placed on nitrogen fixation, humus formation, and improved physical conditions in the soil. Beyond this there has been considerable uncertainty, although it was generally recognized that there are many other possible benefits. Much progress has been made during the past 50 years in defining the benefits with more precision. The main facts, as now generally understood, are presented below.

Nitrogen fixation

In the ancient practice of green manuring it seems that legumes were used almost exclusively. At that time nothing was known about nitrogen fixation but yield increases of crops, planted after turning under a green manure crop, served as a good measure of the effectiveness of a given green manure, regardless of the reasons for the benefits. Under conditions that existed in those days there seems no doubt now that the marked yield increases caused by green manures were due more to the increased nitrogen supply that they obtained from the air than to any other single factor. At that time legumes, such as lupines, beans, peas and clovers, were used as manures almost exclusively on poor sandy soils where the nitrogen supply was very inadequate. Any effect on either soil physical conditions or humus supply would have been relatively unimportant on such soils. On the more fertile soils green manures were not commonly used.

According to the table, the nitrogen fixation values were in the range of about 34-52 lb. per ton of hay produced.

The percentage of the total plant nitrogen that comes from the air is much less for plants grown in soils that are well supplied with nitrogen. Instead of two-thirds of the nitrogen coming from the air the percentage may be only one-half or one-third. Legumes usually assimilate all or nearly all of the available nitrogen in the soil before they fix appreciable amounts. Since soils continue to release ammonia and nitrates throughout the growing season, the nitrogen so released tends to reduce nitrogen fixation in proportion to the amount released.

Table 1 gives data in terms of a ton of hay taken as a unit. Green manures are usually turned under when the plants are in the blossom stage or even earlier, and not at the stage where they are most suitable for hay. This means that the nitrogen fixation per unit area is less, although the legumes will have a considerably higher percentage of nitrogen when young than when mature. During the growth of the legume the total nitrogen content constantly increases until the plants reach the stage of seed production and then levels off. Most of the nitrogen uptake, whether from the soil or from the air, occurs during the first 50-75% of the growth period. At or near maturity some plants may actually release a very small part of their nitrogen to the soil.

Much research has been done on the association of legumes and no legumes in an effort to demonstrate that no legumes obtain nitrogen that is fixed by legumes. Occasionally proof of direct transfer of such nitrogen has been obtained but only rarely, and in small amounts. Indirectly, the no legumes may benefit to a considerable extent through the sloughing-off of legume nodules and root tissues that release nitrogen to the no legumes when they decay. The nonlegume may, by removing soil nitrogen, also increase the percentage of the nitrogen in the legume that comes from the air, although the competition will decrease the total weight of the legume produced per unit area (see Chapter 10).

The pounds of nitrogen fixed per acre per crop or season has often been estimated, although not with great accuracy because of the interference of available soil nitrogen. The range of values reported varies widely. Nutman (1 965) gives values as follows: alfalfa 50-350; clovers, 50-200; peas, 30-140; pastures with legumes, 10-550. Most commonly- used leguminous green manure crops can be expected to add 25-100, and occasionally 150 lb. per acre per year of atmospheric nitrogen to the soil when they are turned under. There are obviously so many factors involved that any figure given is an uncertain estimate, that can vary two- or three-fold on the same soil from season to season. Over the years this new supply of nitrogen, contributed by leguminous crops, has been a tremendous factor in crop production. It is a much less important factor now when abundant supplies of commercially fixed nitrogen are available.

Organic matter replenishment

When one reads the literature on green manuring published during the first third of the present century, he is likely to be surprised at the importance sometimes placed on this practice as a means of maintaining, or sometimes of increasing, soil organic matter. Primary emphasis was often placed on the amount of plant material turned under, because the larger the green crop the greater the effect on total build-up of humus.

Pieters (1927), for example, states that “it is to be expected that green manuring will increase the organic matter in soils. ” Again, he states that “the fact that turning under green crops increases the organic matter of the soil is abundantly attested by practical observation. ” The increase is likely to be temporary and probably not detectable after decomposition has proceeded for a few weeks.

Pieters and McKee (1938) also state that “no very large addition to the soil organic matter can be expected from turning under a single green-manure crop. ” In another paragraph they admit that “under some conditions, as on sandy soil in a hot climate, this loss (through decomposition) may be so excessive that no permanent addition to the soil organic matter is made even by turning under a heavy green-manure crop. ” Presumably under average, less extreme, conditions there could be some build-up of organic matter.

It is now well-established that green manures have a negligible effect on total soil organic matter levels if cultivation is continuous, although they do replenish the supply of active, rapidly-decomposing, organic matter. Jenny (1930a, b) was one of the first to call attention to the fact that the organic matter content of soils under constant conditions is determined primarily by climatic conditions, or as Joffe (1955) calls it, the zonality principle. Temperature, rainfall, vegetation, and soil texture and composition are the main determining factors under virgin conditions. When virgin soils are plowed and maintained in cultivated crops then the organic matter level gradually decreases over a period of many years and a new level is established. This lower level can be raised if cultivated crops are replaced by SOLI crops. It can also be raised by very large additions of outside sources of organic matter, such as animal manures, but this higher level can be maintained only so long as such massive additions continue to be made. Any minor changes in organic matter level brought about by green manures are as likely to be on the negative side as on the positive, depending on the initial equilibrium status of the organic matter. Green manuring involves disturbance of the soil, and the accelerated oxidation counteracts any possible increase in soil organic matter that might be brought about by the added plant material. Whether with or without green manures, we are dealing with a system of yearly cultivation that leads to the lowered level of soil organic matter.

A discussion of green manures, presumably by the editor of Soils and Fertilizers (Anonymous, 1949), arrives at a similar conclusion. This states that “to produce a significant increase in the humus content by the addition of organic matter would require the addition of hundreds of tons of organic matter per acre at frequent intervals. The amounts usually applied are entirely inadequate for this purpose, and in warmer climates at any rate are so rapidly burnt out that the soil is enriched only in the salts left behind. ”

In discussing the constancy of organic matter in soils as dictated by the zonality principle, Joffe even states that “this constant cannot be lowered, no matter what system of soil management is followed. ” In a general way this statement is probably true, but who knows what the minimum is? In actual farming practice we are always dealing with a level somewhat above the possible minimum.

In recent years since the publication of the paper by Broadbent and Norman (1947), considerable research has been conducted to determine the extent to which the addition of readily available sources of energy to soils will accelerate the decomposition of the native soil organic matter. Such experiments usually involve the use of tracer techniques. The magnitude of the effect on the native carbon commonly varies from a negligible to perhaps 100% increase in carbon dioxide release from soils during the first week, often followed by a negative effect a few days later. The overall effect during a growing season is small; in fact, the phenomenon is of more scientific than practical interest (Pinck and Allison, 1951; Stotzky and Mortensen, 1958; Jenkinson; 1966; Sauerbeck 1966; Smith, 1966). Arsjad and Giddens (1966) and Smith (1966) call attention to the fact that when dry soils are moistened there is an increase in decomposition of native soil organic matter, and this increase is sometimes confused with any effect produced by added green manures.

Smith added 1% `4C-labeled soybean, wheat and corn plant tops or roots to a soil containing 3. 5% carbon and incubated it for 1 or 2 months. The evolved C02 was collected and the 14C measured. Contrary to the findings of Broadbent and Norman, Smith found that “in no experiment did the addition of plant material significantly accelerate decomposition of the indigenous soil organic matter. Among the 53 cases reported, there were 8 where an indication of accelerated soil organic matter loss was observed. However, none of these cases was significantly different from the soil control.

On the other hand, in 22 of the reported cases there was a significant reduction in soil organic matter decomposition with the addition of plant parts of wheat and corn. ” The protective effect as shown by corn roots and wheat roots was reduced but not eliminated by additions of fertilizer nitrogen, which shows that C/N ratio was not a major factor.

In this connection it is pertinent to mention that Lijhnis (1926) concluded that “if green manures are incorporated into a soil not too poor in humus a general acceleration of the activities of the microorganisms living in the soil takes place with the result that the nitrification of the green manure nitrogen is accompanied by an intensified mineralization of the humus nitrogen. ” He reported that occasionally more than 200% of the nitrogen applied was recovered within a few years. The writer was fortunate to be able to obtain Lijhnis' original notebook and found that he had made a few errors in calculation that modify his conclusions. In one soil the highest recovery of green manure nitrogen by ten successive crops in the greenhouse was only 73% and the average was 44%. In the other soil the only cases in which recoveries of nitrogen by successive crops were greater than 100% were where the smallest additions of green manures were made. The average recovery for all rates of addition to this soil was 54% for seven successive crops. Where the smallest additions were made, recoveries of more than 100% of the added nitrogen were observed in only four of eleven tests. Even with the highest recovery, 174%, the excess over 100% amounted to only 48 mg out of a total of 1, 610 mg, or 3% in seven crops. The results with this soil were so erratic that the few increases could well have been within experimental error. In the light of the new look at the data, this oft-quoted reference should no longer be- offered in support of the idea that additions of green manures accelerate the rate of oxidation of native soil organic matter; in fact, the reference can justly be given in support of the opposite view.

Using the C-tracer technique Bartholomew and MacDonald (1966) determined that when plants were grown to near-maturity in soil and the tops and roots were removed, the organic debris remaining in the soil amounted to 7-1 1 lb. for every 100 lb. of total dry weight of the plants, or from 20 to 49 lb: for every 100 lb. dry weight of the roots. This residual debris consisted of fine roots, sloughed-off root materials, and microbial cells, chiefly rhizosphere microorganisms, that utilized root material as it was being released by the growing plants. There was no evidence that the presence of a crop stimulated the decomposition of native soil organic matter.

Green manures can often be used profitably to meet a real need for organic matter in sandy soils that are used annually for the growth of cultivated crops, and where a supply of animal manure is not available. This is the situation that exists, for example, in the coastal plain sandy loam soils of south New Jersey that are used annually for the production of truck crops. The problem here involves both the physical conditions of the soil and its limited ability to retain and supply available nutrients to the vegetable crops. Since these soils are commonly plowed early each spring and cultivated repeatedly during the summer, the organic matter disappears rapidly. To meet the need for active organic matter many growers now sow ryegrass, either alone or in combination with vetch or crimson clover, as a winter cover. Others may grow a midsummer catch crop of soybeans, cowpeas or Sudangrass.

App et al. (1 956) summarize studies with market-garden soils conducted at Seabrook, New Jersey, with ryegrass, wheat; ; rye and barley, grown alone or with crimson clover, and fertilized with 0, 60 and 120. lb. per acre of nitrogen. These crops are turned under in March or April. In one year wheat that received 120 lb. of nitrogen produced a yield of 12, 000 lb. of dry matter per acre and had a nitrogen content of near 2%. All cover crops had a beneficial effect on soil aggregation, but sod crops, such as ryegrass, were most effective. The authors emphasize that the selection, growing practice, and time of plowing under a green manure depend upon the cash crop that follows, and on soil tilth. They state that this cover crop system of farming has markedly increased the yields of cash crops without an increase in the total amount of fertilizer used. This finding may not hold for many other regions and cropping systems, since it has been shown frequently that greater efficiency of nitrogen, as measured by yields, is usually obtained when it is applied directly to the cash crop (Pinck et al., 1948a, b; Ensminger and Pearson, 1950; Morgan and Hanna, 1962; Giddens et al., 1965).

Conservation of nutrients

Green manure crops, whether grown as catch crops or as cover crops, conserve nutrients by minimizing losses in the drainage water. The late summer or fall crop is very effective in this respect since the rate of nitrification roughly parallels the temperature. The cover crop serves the same purpose, but to a lesser extent because nutrient release during the colder months is at a minimum. In fact, it is often desirable to add nitrogen fertilizer in the fall at seeding time to speed up the growth of nonlegume cover crops and provide good early soil protection.

The quick-growing catch and cover crops are also effective in erosion control. They can usually be seeded in the preceding crop, or perhaps by merely discing the soil, or using other minimum tillage procedures. If more extensive disturbance of the soil is made, erosion may proceed to such an extent that the benefits of the green crop are more than counteracted.

Catch crops and cover crops are not always turned under and hence, strictly speaking, are not green manure crops. In fact, turning under these crops while they are green may be inadvisable if a crop is not to be planted soon after. Succulent green crops decompose so rapidly that a considerable portion of the nutrients that they assimilate may be released and lost. In many cases the green crop can be utilized as a feed with no appreciable loss in benefits. One example of this is where rape is grown as a catch crop and hogs allowed to graze on it for a time before plowing. Likewise, a cover crop of small grains may serve as a winter pasture in the southern states, and be turned under in the spring just before planting a main crop. In the latter case it is not uncommon to apply commercial nitrogen in the fall in order to provide more winter feed.

Many of the benefits of catch crops, outlined here, can be realized by merely allowing the crop to be winter killed and remain undisturbed until the usual time for spring plowing. There may be some small amount of leaching of nutrients but most of the other benefits are not greatly affected. This practice certainly provides good soil protection at minimum cost, and provides for nearly full physical benefits from root growth and improvement of tilth. Whether this procedure, which is usually not the best, is followed depends upon the farming system, the climate, soil, topography, and many other factors.

Increase in available nutrients

When a succulent green crop is incorporated into a moist, warm soil, decomposition starts almost immediately and the release of ammonia (if nitrogen content is above 2. 0) and other major and rninor nutrients begins. This release is usually very rapid during the first, one or two months but continues at an ever-decreasing rate during the remainder of the growing season. There will in most cases be little residual effect during the second season. This steady release of nutrients assures ideal growth conditions for the crop that follows except during the first few days when other factors may interfere with growth.

The nutrients released from the decaying green manure include those that would have been lost by leaching if a green manure had not been grown; those made available from the soil through root action and various biochemical processes; carbon dioxide formed from the decaying plant material; and any nitrogen that may have been fixed symbiotically or non symbiotically. During the decay process a portion of the minor reorients undergo chelation, and are thereby kept from leaching and also held in a highly available form for the crop that follows. This constant release of available nutrients more or less as they are needed by the following crop constitutes one of the main benefits derived from the growing of green manure crops. Some of these released nutrients are again made unavailable by chemical and biological action, but the abundant supply of organic matter helps to curtail this reverse action.

ВВЕДЕНИЕ

Сидерация определяется Обществом почвоведов как «растительный материал, который вносится в почву в незрелом или сразу после поспевания виде для улучшения почвы». В узком смысле сидерационная культура значит выращенная специально для удобрений. На практике же термин подразумевает практически любой растительный материал, включая растительный остатки. Существует небольшая разница между действием сидерации и сухими удобрениями. Разница между ними наиболее очевидна если отличаются только содержанием воды, если же они отличаются содержанием азота и лигнина, то разница более очевидна.

Большинство сидерационных растений выращиваются в межсезонье или после сбора основного урожая. Их могут посеять летом, сразу после основного урожая, как озимые, в качестве защиты от солнца (в жарком климате) или просто как сорняки. Более того, растение, такое как белый донник, может быть посеяно вместе с пшеницей и позже запахано. До посадки кукурузы люцерну растят два или более года, затем скашивают. С красным донником поступают также. Трава или клевер при запахивании служит также удобрением. Очевидно, что есть наложение между сидерацией и другими растениями, между которыми сложно провести разделительную черту. Однако, при обсуждениях делают акцент на том, что для сидерации растения садят поздним летом или на зиму на сравнительно короткий срок между основными урожаями.

СИДЕРАЦИЯ В ПРОШЛОМ

Датирование сидерации связано с началом периода постоянного земледелия на одной и той же территории. В Китае существуют записи, датируемые 3 и более т. лет, которые свидетельствуют о сидерации, в основном бобовыми, при выращивании рисовых культур. Мы не знаем насколько длительна была эта практика, но позже, с ростом населения, весьма сомнительно использовались ли они для сидерации, поскольку были источником пищи. Однако несомненно, что все части растений были эффективно использованы в пищу людям или животным, а несъедобные части были запаханы в землю или добавлены в компост. Растения, растущие в канале и зрязь оттуда, были убраны и утилизированы напрямую или через компост.

В Греции и Риме, ещё до Христа, сидерация была довольно распрастранённой практикой. Люпин, бобы, клевер и др. выращивались на бедных землях и впахивались в свежем виде. Есть доказательства, что эта практика использовалась и в Египте, где плодородие почвы поддерживалось при помощи ежегодных наводнений.

В Среневековье сидерация едва ли использовалась, потому что феодальная система сельского хозяйства не позволяла варащивать такие культуры. Обычно садили одну или две зерновые культуры на поле, которое использовали через год как пастбище. Также сомнительно использовалась ли сидерация в садах. Бобовые, которые ранее выращивались в Греции и Риме, не использовались в сельском хозяйстве. Бобы, чечевицу, горох и вику выращивали в садах только для еды. На ограниченных территориях Средиземноморья, не подчинявшихся феодальной системе, сидерация немного использовалась в Средневековье.

С началом индивидуального землевладения и внедрением системы открытого поля в Европе, практика сидерации была возобновлени, в первую очередь в Германии и веком позже во Франции и Англии. К 1700 году повсеместно выращивались и запаховались горошек, люпин и конские бобы, в особенности на песчанных землях Германии. Сидерация дополняля и ли же в некоторых случаях и вовсе заменяла удобрения животного происхождения. Следует ли бобовые использовать для сидерации или отдавать скоту. Одной из причин возобновления сидерации была необходимость замены животных удобрений, которые становились неподходящими для нужд сельского хозяйства.

Пайетер (1927) говорил, что «сидерация лучше устроена в Германии, Китае и Японии, чем в любых других странах. В Германии несколько ферм, находящихся на песчанных землях работают без сидерации. « Люпин и сераделла являются основными культурами. В Англии крестоносец высаживают поздним летом. В Китае, Японии и Индии рисовые поля удобряются разными овощними культурами. В Индии бобовые кроталярия и сесбания используются для удобрения риса, остальные культуры для постоянных плантаций чая, кофе и гевеи.

Когда колонисты прибыли в Америку, они были знаомы с практикой сидерации, поскольку наблюдали данную практику дома. Но сначала они не слишком много использовали её, поскольку условия оличались от европейских. Им приходилось работать с дикими землями, а не с бедными песчанными. Как только земля теряла своё плодородие, они переходили на новые земли. К началу 19 века некоторые американские фермеры начали применять сидерацию и интенсивность увеличивалась с годами.

Хотя сидерация изначально подразумевала использование бобовых, они стали использовать другие культуры, например, рожь, пшеницу, овёс и гречку. Это изменение было спровоцировано появлением коммерческих форм азота. Важность сохранения новой партии азота от воздуха было отменено до некоторой степени, в то время как преимущества сидерации стали более важными.

ВЫРАЩИВАЕМЫЕ КУЛЬТУРЫ

Почти любоая культура, подходящая для данного климата, может быть использована для сидерации, но на практике выбор весьма ограничен. Для определённых целей этот выбор ограничивается двумя или более равноценными культурами. Одна их них обычно лучше других, что не оставляет никаких колебаний фермеру. Исключение составляют вигна и соя, которые имеют сходные требования по условиям и климату. подобным образом, некоторые хлебные злаки взаимозаменяемы.

Помимо климата, сезона и почвы, другими важными факторами соответствия являются доступность и стоимость семян, интенсивность роста, насколько хорошо они подходят системе, первоначальная цель, тип корневой системы, способность сопротивляться сорнякам, легкость впахивания в землю, возможный положительный эффект на урожай и многое другое.

Данные факторы более подробно представлены у Пайпер и Пайтерс (1925), Пайтерс (1925), МакКи (1935), МакКи и МакНейр (1948) и Тёрман (1949).

Бобовые культуры

С точки зрения сельского хозяйства, Пайпер и Пайтерс классифицируют бобовые сидерационные культуры на: 1. летние, в основном, соя, вигна, арахис, бархатные бобы, вика обыкновенная вика и полевой горошек; 2. зимние, включая вика мохнатая, вика обыкновенная, мясо-красный клевер, люцерна зубчатая и полевой горошек и красный клевер (на юге) ; и 3. двусезонные или межсезонные, включая красный клевер, шведский клевер, белый клевер, люцерна и донник. Все эти культуры более или менее адаптированы для ограниченного региона.

Пайетер упоминает ещё несколько бобовых, выращиваемых в США и несколько, особенно подходящих для климатическех условий Европы, Китая, Японии, Индии и тропических стран.

Небобовые культуры

Главными небобовыми культурами используемых для сидерации в США являются хлебные злаки, включая рожь, пшеница, овес, просо и ячмень. Рожь преимущественно используется как озимые для впахивания весной. Иногда используют гречку, рапс и репу, но чаще они идут в корм животным. В Европе же рапс, горчица и репа выращиваются наряду с хлебными злаками. Различные сорняки, например, крестовник, растущие с хлебными злаками и особенно активно после сбора урожая, используются для сидерации вместе со жнивьем. Самым эффективным является сорняки или крестовник с дёрном, нос того говоря. это не сидерация.

ЭФФЕКТИВНОСТЬ СИДЕРАЦИИ

Опыт использования сидерации, особенно на протяжении последних сотен лет, показывает, что это всё-таки хорошо. Негативное, что иногда случается, может быть нивелировано при помощи грамотного управления.

Длительной дискуссии подверглись точные причины положительного эффекта. Большее внимание уделялось концентрации азота, формированию чернозёма и улучшенным физическим свойствам земли. Была большая неопределенность, хотя в целом, признавалось, что есть много других положительных эффектов. За последние 50 лет достигли большего прогресса в определении выгод сидерации. Основные же факты представлены ниже.

Концентрация азота

Древняя практика сидерации показывает, что бобовые крайне редко использовались. В то время не было ничего известно о концентрации азота, но повышение урожайности после сидерации служило доказательством её эффективности. Теперь нет сомнений, что в тех условиях повышение урожайности было благодаря повышенному содержанию азота, источником которого в большей мере был воздух. В то время бобовые (люпин, бобы, горошек и клевер) редко использовались на бедных песчанных землях, где поступление азота было недостаточным. Любое воздействие на физические свойства земли или запасы чернозема считалось незначительным для таких земель. На более же плодородных землях сидерация не использовалась.

В таблице 22. 1 данные, взятые у Пайетерса (1927), представляют средний сравнительный анализ урожайности и содержания азота в ботве и корнях некоторых бобовых на стадии предсозревания. Таблица наглядно представляет поразительную разницу в количестве корней различных бобовых. В целом, межсезонные и двулетние культуры имеют наиболее разветвленную корневую систему, а годичные наименьшую. Стоит отметить, что данные приведены для растений в стади предсозревания и растения на этой стадии имеют гораздо больший разброс между корнями и листьями, чем другие. Процент азота в зрелых растениях бобовых в ботве и корнях растет вместе с ростом растения, но общее количество азота увеличивается до стадии предсозревания.

В таблицу включена колонка, показывающая содержание азота, полученного из воздуха различными бобовыми на тонну урожая. Данные цифры пригодны для хорошо-привитых бобовых, выращиваемых на бедных азотом землях. В таблице признается воздух на 2\3 источником азота на 1\3 земля. Согласно таблице, концентрация азота приблизително равна 34-52 унциям на тонну урожая.

Процент содержания азота в растениях. полученного из воздуха гораздо меньше, чем в растениях удобренных азотом. Вместо 2\3 цифра составляет 1\2 или 1\3. Бобовые обычно впитывают весь или почти весь азот из земли до того, как они накопят достаточное его количество. Почва высвобождает аммиак и нитраты в течение сезона и количество азота пропорционально уменьшается.

В таблице данные даются в тоннах урожая. Сидерация обычно проводится на стадии цветения или ранее, но не позднее. Это значит, что содержание азота на единицу меньше, хотя бобовые содержат его больше в незрелом состоянии. Содержание азота возрастает с ростом растения до стадии выброса семени и затем снижается. Поглощение азота из воздуха или почвы происходит в течение первых 50-75% роста растения. В или около периода созревания некоторые рстения могут отдавать небольшые порции азота в почву.

Чтобы продемонстрировать способность небобовых принимать азот, который высвобождается из бобовых было проведено много исследований. В редких случаях была доказана прямая передачаазота. но только редкая и в крайне малых дозах. Ненапрямую небобовые культуры получают азот от отмерших и разложившихся частей бобовых. Небобовые могут увеличить процент азота в бобовых из воздуха, хотя их конкуренция снизит урожайность бобовых.

Фунты азота, содержащихся в акре часто пдсчитываются, хотя не очень точно из-за вмешательства азота в земле. Цифры весьма разнятся. Натмен дает такие данные: люцерна 50-350, клевер 50-200, горошек 30-140, бобовые пастбища 10-550. Большинство же бобовых для сидерации 25-100 и иногда 150 унций на акр в год при впахивании. Однако ввиду многих факторов эти цифры могут разниться в 2, 3 раза в зависимости от сезона. На протяжении многих лет содержание азота было решающим фактором при производстве культур. Теперь же это играет гораздо меньшую роль, когда доступен промышленный азот.

Пополнение органических веществ

Когда вы читаете литературу по сидерации первой трети текущего столетия, то вероятно удивитесь важности таких практик как средства поддержания или повышения количества органических веществ. Изначально акцент делался на количество растительно материала, потому что считалось, что чем больше культура, тем больший эффект она имела на формирование чернозёма.

Пайетер, например, утверждает, что «вероятно сидерация увеличивает количество органических веществ в земле». А также утверждает, что «данное утверждение наглядно подтверждается наблюдением практики». Это увеличение вероятно временно или вовсе не обнаруживается после разложения в течение нескольких недель.

Пайетерс и МакКи также утверждали, что «одноразовая сидерация не сильно увеличивает количество органических веществ». В дугом абзаце они признают, что «в некоторых условиях, как папример на песчанных землях в жарком климате, эта потеря может быть значительной даже при сидерации». Вероятно, при меннее экстремальных условиях органические вещества накапливаются.

Сейчас бытует мнение, что сидерация имеет незначительный эффект на общее количество оргвеществ если культивация продолжается. Дженни был одним из первых, кто привлёк внимание к факту, что содержание оргвеществ прежде всего определяется климатическими условиями или как Джоффе называет это «принцип зональности». Температура, осадки, вегетация и состав земли являются определяющими факторами. С годами культивации содержание оргвеществ в диких землях постепенно снижается. Их можно повысить, заменив культивируемые культуры на дёрн, а также путем внесения удобрений, например животного происхождения, но повышенное количество оргвеществ поддерживается ровно до того момента, как вы прекращаете вносить удобрения. Небольшие изменения, вызванные сидерауией, могут быть как отрицательными. так и положительными в зависимости от изначального баланса оргвеществ. Сидерация включает в себя нарушение почвы и усиленное окисление препятствует повышению количества оргвеществ. Без или с сидерации, но мы имеем дело с ежегодной культивацией, которая ведет к понижени. количества оргвеществ.

Обсуждение сидерации редакторами Земли и Удобрения (неизвестные, 1949) приходят к таким же выводам. Они утверждают «чтобы значительно увеличить количество оргвеществ в черноземе потребуется сотни тонн оргвеществ на акр земли с частой периодичностью. Но применяемые количества не соответствуют целям, и в теплом климате быстро перегорают, поэтому остаются только соли. «

Обсуждая постоянство оргвеществ в землях по принципу зональности, Джоффе даже утверждает, что « это постоянное количество на может снизиться, вне зависимости от того, какую систему используют. « В целом, данное утверждение может считаться правдивым, но кто занет где минимум? на практие же уровень всегда где-то около возможного минимума.

Со времен публикации работы Броудбета и Нормана (1947) было проведено большое исследование, чтобы определить степень, при которой добавление источников энергии усилит разложение естественных оргвеществ. Такие экперименты обычно предполагают использование индикаторного метода. Размеры эффекта на естественный углерод варьируются от незначительного до 100% повышения в выбросах углекислого газа из земли в течение первой недели, и последующего негативного эффекта в течение последующих нескольких дней. Общий эффект за весь сезон мал. Данный феномен представляет больше научную ценность, нежели практическую. Арсджед и Гидденс и Смит (1966) обращают внимание на тот факт, что когда сухие земли увлажены. повышается разложение естественных оргвеществ, и это повышение часто путают с действием сидерации.

Смит добавил помеченные! % радиоуглеродом ботву и корни сои, пшеницы и кукурузы в землю, содержащую 3. 5% углерода и инкубировал в течение 1-2 месяцев. Образовавшийся углекислый газ собрали и измерили радиоуглерод. В противовес Броудбенту и норману, он обнаружил, что «ни один эксперимент по сидерации значительно не увеличивает разложение естественных оргвеществ. Среди 53 случаев только в 8 наблюдалось потеря оргвеществ. Однако, ни один из этих случаев не отличались значительно от пердыдущих результатов. С другой стороны, в 22 случаях наблюдалось усиление разложения оргвеществ после сидерации пшеницей и кукурузой. « Защитный эффект снизился, но не нивелировался после добавления азотистых удобрений, что доказывает, что содержание углерода\ азота не является решающим фактором.

В этой связи стоит отметить, что Лёнис (1926) заключил, что «если сидерацию проводят на не слишком бедной чернозёмом земле, то общее усиление деятельности микроорганизмов, живущих в земле, происходит с результатом, что нитрификация азота при сидерации сопровождается усиленной минерализацией чернозема. « Он сообщал, что иногда более 2005 применяемого азота было обнаружено по прошествии нескольких лет. Автору посчастливилось держать в руках записи Лёниса, и обнаружил несколько ошибок в расчетах, что привело к другим выводам. На одной земле остаток сидерационного азота после 10 сборов урожая в теплице составил 73%, а в среднем 44%. На другой же земле более 100% азота обнаружили на тех участках, где была минимальная сидерация. В среднем данный показател составляет 54% после 7 урожаев. Где проводилась минимальная сидерация, остаток более 100% азота наблюдался толлько в 4 из 11 тестах. Даже с большим остатком в 174% содержание азота составило 48 мг от общего 1 610 мг или 3% за семь урожаев. Результаты на этой земле такие ошибочные, что наблюдаемые повышения могут быть списаны на экспериментальные ошибки. Вглянув на данные по-новому, теперь нельзя использовать этот источник как доказательство того фактоа, что сидерация способствует окислению естественных оргвеществ. Скорее совсем наоборот.

Используя радиоуглеродный метод Бартоломью и МакДональд (1966) определили. что когда растения растут до стадии предсозревания и ботва и корни удаляются, органические остатки составляют 7-11 унций на 100 унции общего сухого остатка растений или 20-49 унц. на каждые 100 унц. сухого остатка корней. Эти остатки состоят из корней, разложившегося корневого материала и микробных клеток, преимущественно ризосферные микроорганизмы. Нет доказательств, что сидерация способствует разложению естественных оргвеществ.

Сидерацию можно применять с выгодой на песчанных землях, где используется ежегодная культивация и недоступны удобрения животного происхождения. Как например на песчанных землях побережья в Нью-Джерси, где она применяется для выращивания огородных культур. Здесь проблема заключается в физических свойствах земли и её ограниченной спобобности накапливать и передавать питательные вещества овощам. Со вспашкой ранней весной и культивацией в течение лета оргвещества быстро исчезают. Чтобы восстановить их, многие огородники садят райграсс многолетнийй один или вместе с викой или разными клеверами. Другие же садят вместе с культурами сою, вигну или суданку.

В 1956 подвели итоги исследований с огородными землями, проведенными в Сибруке, Нью-Джерси с райграссом, пшеницей и ячменём по одному и ли вместе с клевером и удобренными 0. 60 -120 унц. азота на акр. Эти культуры впахивались в Марте или Апреле. В один год пшеница удобренная 120 унц. азота уродила 12 000 унц. сухого вещества на акр и содержала примерно 2% азота. Все озимые произвели положительный эффект на аггрегацию земли, но дерн был более эффективен. Авторы отмечают, что выбор, выращивание и время вспашки под сидерацию зависит от товарной культуры и пашни. Они утверждают, что озимая система значительно повышает урожайность товарной культуры без увеличения количества вносимых в землю удобрений. Эти результаты могут быть недействительными для других регионов и систем, пока говорится о том, что наибольшую эффективность азот имеет при внесении непосредственно в товарную культуру.

СОХРАНЕНИЕ ПИТАТЕЛЬНЫХ ВЕЩЕСТВ

Сидерационные культуры, озимые или летние, сохраняют питвещества, минимизируя потери в дренажной воде. Осенние или позднелетние культуры очень эффективные, поскольку уровень нутрификации строго параллелен температуре. Озимые используются для этой же цели, но гораздо меньше, потому что выход питвеществ минимален в холодное время года. Часто добавляют азотистые удобрения осенью во время посадки, чтобы ускорить рост небобовых озимых культур и обеспечить защиту земли.

Быстро-растущие летние и озимые сидерационные культуры также эффективны для контроля эрозии. Их обычно садят в предшествующей культуре или в слабопродискованной земле или на необработанной земле. Преимущества сидерации могут быть нивелированы эрозийе, вызванной интенсивным использованием земли. Летние и озимые сидерационные культуры не всегда впахиваются и поэтому строго говоря не являются сидерационными культурами. Более того, впахивание может быть нежелательным, если культуру не будут в скором времени садить. Суккулентные культуры разлагаются так быстро. что знвчительная порция питвеществ, что они могут впитать, может быть потеряна. Во многих случаях культура может быь утилизорована как корм без потерь. Например, рапс выращивают поздним летом и запускают туда свиней до вспашки. Также пшеничные озимые служат зимним пастбищем в южных штатах и впахивают их весной прямо перед посадкой основных культур. В последнем случае удобрения не используют для сохранения корма животным.

Большинство преимуществ летних сидерационных культур, упомянутых здесь могут быть реализованы посредством отмирания их зимой естественным обращом и оставлением до весенней вспашки. Может быть небольшое вымывание питвеществ, но другие преимущества не меняются. Данная практика несомненно хорошо защищает землю при минимальных издержках и предусматривает почти все физические плюсы от роста корней и улучшения обработки земли. Проводится ли данная процедура, которая обычно не лучшая, зависит от системы, климата, земли, топографии и многих других факторов.

ПОВЫШЕНИЕ КОЛИЧЕСТВА ЕСТЕСТВЕННЫХ ПИТАТЕЛЬНЫХ ВЕЩЕСТВ

Когда суккулентные культуры вносятся во влажную, тёплую почву, разложение начинается практически мгновенно и начинается высвобождение аммиака и других главных и второстепенных питвеществ. Это высвобождение обычно происходит быстрее в течение первых одного или двух месяцев, но все же прожоджается с меньшей скоростью в течение всего сезона. В большистве случаев в течение второго сезона будет наблюдаться остаточный эффект. Это стабильное высвобождение питвеществ создает идеальные условия для последующей культуры, за исключением первых дней, когда на рост влияют другие факторы.