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, індустріалізація та непомірковано сільське господарство 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.[1][2]
Ідеальна родючість ґрунту передбачає збалансований склад органічної речовини, макро- та мікроелементів, та мікроорганізмів, що в сукупності сприяє міцному росту рослин без необхідності зовнішнього впливу, такого як добрива. Такий ідеальний склад забезпечує належну аерацію, проникнення води та її утримання. Крім того, ідеальна родючість ґрунту сприяє біорізноманіттю, підтримуючи спільноту корисних організмів, таких як мікроорганізми, мікоризи та дощові черв'яки.
Досягнення та підтримка родючості ґрунту має вирішальне значення для сталого сільського господарства, оскільки це забезпечує довгострокову продуктивність, мінімізуючи погіршення стану довкілля.
Еталон родючого ґрунту — чорнозем. Він поширений на території України.
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, таких як сівозміни, органічні добрива і компостування відходів, мінімальний обробіток ґрунту, сидерати, точне землеробство та інші.
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[3]. 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.[3]
Для визначення родючості ґрунтів у сільському господарстві виділяють три її види: природну, штучну та ефективну.
Природна родючість - це родючість ґрунту без антропогенного впливу, тобто створений через процеси природного ґрунтоутворення. Ґрунти з природною родючістю збереглись тільки у цілинних ділянках. Кількість родючості визначається як продуктивність фітоценозів в т/га.
Штучна родючість ґрунтів набувається через діяльність людини, а саме обробку ґрунту, меліораційні дії. Частіше така родючість проявляється у штучно створених ґрунтах для теплиць, парників або при рекультивації відвалів.
Ефективна або економічна родючість проявляється у рівні урожайності сільськогосподарських культур. Цей вид родючості залежить від характеру використання природних ґрунтів у господарстві, рівня розвитку науки.
Серед особливостей клімату, температура і опади впливають на родючість ґрунту і на врожайність сільськогосподарських культур. Парникові гази мають великий вплив на клімат, чим впливають на температуру і кількість опадів.
Підвищення температури і низька кількість опадів спричиняє посуху, що негативно впливає на родючість ґрунту і врожайність, так само, як і велика кількість опадів та повені.
Висока температура негативно впливає на вміст органічних речовин у ґрунті та на діяльність мікроорганізмів.
Текстурний трикутник ґрунту: тернарна діаграма, що показує відносну кількість піску, мулу та глини в кожному з 12 текстурних класів
Текстура ґрунту визначається співвідношенням часток піску, мулу та глини, і істотно впливає на родючість ґрунту та врожайність. Це впливає на водоутримувальну здатність, дренаж, аерацію та утримання поживних речовин. Наприклад, глинисті ґрунти зберігають більше вологи та поживних речовин, ніж піщані.
Структура ґрунту залежить від текстури ґрунту, а саме, від того, які стійкі агрегати утворюються з частинок ґрунту, таких як пісок, мул та глина. "Цементуючим" матеріалом є гумус і полісахариди, що виробляються мікробами. Грибки мають найбільший агрегуючий вплив, потім стрептоміцети, потім бактерії, що продукують камедь, а потім дріжджі.
Структура ґрунту має великий вплив на родючість ґрунту. Органічна речовина та методи землеробства впливають на структуру ґрунту. Ґрунт, який отримує добре розкладені органічні добрива, матиме кращі ґрунтові агрегати. Діяльність мікроорганізмів сприяє поліпшенню структури. Структура ґрунту впливає на рух води і повітря в ньому. Зерниста структура з діаметром агрегатів в пів сантиметра є прикладом хорошої структури.
Це здатність ґрунту утримувати в собі воду проти сили тяжіння та робити її доступною для рослин. Ґрунти з високою водоутримувальною здатністю можуть утримувати вологу довше, зменшуючи потребу в частому зрошенні та забезпечуючи стійкий ріст навіть в посушливі періоди. Ця здатність також допомагає запобігти ерозії ґрунту та вимиванню поживних речовин.
Електропровідність ґрунту – це здатність ґрунту проводити електричний струм. Вона залежить від різних факторів, основними з яких є вологість та вміст солей. Одиницею вимірювання є децисименс/м (дс/м). Замовлені ґрунти мають більше 4 дс/м. В таких ґрунтах переважно присутні солі кальцію, магнію, калію та натрію. Накопичення цих солей і погане проходження води, чи сильне випаровування, сприяють розвитку засолених ґрунтів, родючість яких низька.
Щільність ґрунту вираховують діленням сухої маси ґрунту на його об'єм. Вимірюється в г/см3. Ґрунти, в яких переважають мул і глина, мають низьку щільність, а ті, в яких переважає пісок, мають високу щільність. Текстура і структура впливають на щільність ґрунту. Щільність понад 1,6 г/см3 є несприятливою для росту коренів і руху води.
Рівень pH ґрунту є важливим фактором його родючості. Він визначає те, як хімічні реакції та процеси протікають в ґрунті. pH ґрунту вимірюється за шкалою від 0 до 14, де 7 – нейтральний, нижче 7 – кислий, вище 7 – лужний. Для більшості рослин оптимальним є pH 5,5-6,5.
Розчинність поживних речовин вища в кислих грунтах. Доступність таких елементів, як азот, фосфор, калій, кальцій, магній, сірка, молібден та бор знижується у сильно кислих ґрунтах. А доступність заліза, марганцю, цинку, міді та кобальту вища в ґрунтах з кислим pH.
Ємність катіонного обміну ґрунтів – здатність ґрунту утримувати молекули позитивно заряджених іонів – катіонів (Ca2+, Mg2+, K+ та інші), і передавати їх рослинам за потреби. Цей показник відображає здатність протистояти коливанням pH ґрунту та доступності поживних речовин.
Глина та органічні речовини є основними джерелами ємності катіонного обміну. Ємність катіонного обміну ґрунту прямо пропорційна кількості поживних речовин, які він може утримувати, тобто, чим вона вища, тим вищий рівень родючості.
Рослинам необхідні 18 елементів періодичної таблиці для виживання. Їх поділяють на 2 групи – макроелементи (N, P, K; Ca, Mg, S) та мікроелементи (Fe, Mn, B, Zn, Cu, Mo, Cl, Na, Ni, Si, Co, Se).
Основні 3 макроелементи, які необхідні в найбільшій кількості для рослин, це азот, фосфор та калій.
Азот (N) необхідний для синтезу хлорофілу, білків, нуклеїнових кислот. Він сприяє інтенсивному вегетативному росту, покращує розвиток листя та стебла, та сприяє загальному здоров'ю рослин.
Фосфор (P) необхідний для передачі енергії всередині рослини, бо він є компонентом АТФ, основної енергетичної молекули клітин.
Калій (K) регулює різні фізіологічні процеси в рослинах, включаючи фотосинтез, поглинання та транспортування води, активацію ферментів і синтез білка.
Кальцій, магній та сірка потрібні в меншій кількості, ніж N, P, K, але в більшій, ніж мікроелементи.
Кальцій (Ca) сприяє структурі та стабільності клітинної стінки, сприяючи росту та поділу клітин. Кальцій також регулює активність ферментів і впливає на засвоєння поживних речовин.
Магній (Mg) є центральним компонентом молекули хлорофілу, необхідним для фотосинтезу. Він активує ферменти, що беруть участь у вуглеводному обміні та засвоєнні поживних речовин. Він також бере участь у синтезі білків.
Сірка (S) входить до складу амінокислот, вітамінів і коферментів, необхідних для метаболізму рослин. Вона бере участь у синтезі білків, ферментів, хлорофілу; відіграє роль у метаболізмі азоту та сприяє механізмам захисту рослин від патогенів.
Залізо (Fe) необхідне для синтезу хлорофілу та транспорту енергії всередині рослини. Дефіцит заліза призводить до хлорозу, коли листя жовтіє через недостатнє вироблення хлорофілу.
Марганець (Mn) бере участь в фотосинтезі, активації ферментів і синтезі хлорофілу. Він відіграє важливу роль у розщепленні вуглеводів і метаболізмі азоту. Дефіцит марганцю призводить до міжжилкового хлорозу та зниження росту.
Цинк (Zn) необхідний для активації ферментів і синтезу білка. Він відіграє важливу роль у регуляції фітогормонів, формуванні пилку та розвитку насіння. Дефіцит цинку викликає затримку росту, викривлення листа та затримку цвітіння.
Мідь (Cu) бере участь у різних ферментних реакціях, у тому числі пов'язаних з фотосинтезом, диханням та синтезом лігніну. Мідь сприяє поглинанню та транспортуванню заліза в рослині. Дефіцит міді призводить до в'янення, викривлення листа та зниження продуктивності насіння.
Бор (B) необхідний для формування клітинної стінки, подовженню пилкової трубки та синтезу вуглеводів. Він бере участь у транспортуванні цукру та регуляції засвоєння кальцію. Дефіцит бору викликає ламкість листя, порожнисті стебла та поганий розвиток плодів.
Молібден (Mo) є компонентом ферментів, які беруть участь у метаболізмі азоту, зокрема в перетворенні нітратів на аміак у рослинах. Він необхідний для фіксації азоту в бобових і відіграє важливу роль у формуванні пилку. Дефіцит молібдену призводить до пожовтіння старих листів.
Хлор (Cl) бере участь у фотосинтезі, осмотичній регуляції та функції продихів. Він відіграє важливу роль у підтримці клітинного тургору та іонного балансу в клітинах рослин. Дефіцит хлору зустрічається рідко.
Нікель (Ni) є кофактором для певних ферментів, які беруть участь в метаболізмі азоту, активності уреази та гідрогенази. Він необхідний для засвоєння та рециркуляції азоту в рослинах.
Кремній (Si) зміцнює клітинні стінки, підвищує жорсткість рослин та їх стійкість до біотичних і абіотичних стресів, таких як шкідники, хвороби та посуха.
Натрій (Na) відіграє незначну роль у фізіології рослин, головним чином як осмотичний регулятор у галофітів.
Кобаль (Co) необхідний для фіксації азоту в бобових.
Селен (Se) необхідний деяким рослинам для антиоксидантного захисту, але надмірне його поглинання може бути токсичним для рослин.
Органічну речовину ґрунту утворюють органічні рештки тіл рослин і тварин, та продукти життєдіяльності тварин. Ґрунт містить приблизно 5% органічної речовини і основна частина родючості ґрунту зумовлена саме органічною речовиною.
Склад органічної речовини ґрунту
Коли різні органічні матеріали деградують, відбувається вивільнення поживних речовин, таких як азот, фосфор і калій.
Окрім цього, органічна речовина відповідає за структуру ґрунту, утворюючи агрегати, що покращує пористість ґрунту, його аерацію, проходження води та ріст коренів.
Органічна речовина сприяє здатності ґрунту утримувати воду.
Фауна ґрунту
Органічна речовина забезпечує їжею екосистеми мікроорганізмів, таких як бактерії та грибки, а також макроорганізмів, таких як дощові черв'яки. Мікроби розщеплюють органічну речовину, вивільняючи поживні речовин для рослин.
Окрім цього, органічна речовина сприяє нормалізації pH, а також утримує вуглець в ґрунті, попереджуючи вивільнення вуглекислого газу в атмосферу.
Мікроорганізми складають 17% біомаси Землі, і ґрунт є одним з найбагатших середовищ мікроорганізмів. У ґрунті міститься широкий спектр мікробів, включаючи бактерії, грибки, віруси, археї, найпростіші тощо, причому бактерій міститься найбільше. Залежно від міцності їхнього зв’язку з корінням рослин виділяють два відділи ґрунту: ґрунт ризосфери та навколишній ґрунт. Поблизу ризосфери міститься в 10-100 разів більше мікроорганізмів, ніж у навколишньому ґрунті.
Мікроорганізми відіграють фундаментальну роль у родючості ґрунту, сприяючи розкладу органічної речовини і кругообігу поживних речовин, продукції корисних біомолекул і загальному здоров'ю ґрунту. Вони утворюють складні спільноти в екосистемі ґрунту, відомі як мікробіом ґрунту.
Однією з основних функцій мікроорганізмів, в контексті родючості ґрунту, є кругообіг поживних речовин, коли вони розщеплюють органічну речовину та вивільняють поживні речовини, такі як азот, фосфор та інші, у формах, які можуть бути поглинені рослинами. Цей процес сприяє постійному та рівномірному надходженню поживних речовин рослинам і підтримує родючість ґрунту. Азот-фіксуючі, фосфат-мобілізуючі та калій-мобілізуючі види бактерій є прикладами таких мікроорганізмів.
Крім цього, мікроорганізми сприяють утворенню агрегатів ґрунту, вивільняючи липкі речовини (гумус, полісахариди), які з'єднують частинки ґрунту. Це покращує пористість, аерацію, проходження води і ріст коренів.
Здоровий різноманітний мікробіом утворює широкий спектр корисних біомолекул: ферментів, фітогормонів, метаболітів, сприяючи родючості ґрунту, толерантності до стресів та покращенню архітектури коренів. Деякі дослідження показали, що мікробіом ризосфери може виділяти в 60 разів більше регуляторів росту та фітогормонів (таких як ауксини, гібереліни, цитокіни та інші), ніж сама рослина.[5]
Мікроорганізми також відіграють вирішальну роль у придушенні хвороб, що передаються через ґрунт, витісняючи патогени та виробляючи антимікробні сполуки та стимулятори захисту рослин. Крім того, вони сприяють розкладанню органічних забруднювачів і нейтралізації шкідливих токсичних речовин у ґрунті, сприяючи здоров'ю довкілля та стійкості екосистем.
Мікоризи – симбіоз грибків і коренів рослин, можуть підвищувати родючість ґрунту шляхом покращення поглинання поживних речовин, зокрема фосфору та мікроелементів із ґрунту. Вони поєднуються з кореневою системою рослин і обмінюються з ними речовинами у взаємовигідних умовах. Окрім того, ці грибки також грають важливу роль в агрегації ґрунту.
Біогеохімічні цикли є важливими процесами, що регулюють рух поживних речовин в екосистемах, глибоко впливаючи на родючість ґрунту та здоров'я екосистем. Ці цикли включають кругообіг таких елементів, як азот, фосфор, вуглець, сірка, та інші. Мікроорганізми відіграють ключову роль у посередництві цих циклів, сприяючи доступності поживних речовин, родючості ґрунту та загальному функціонуванню екосистеми.
Основними причинами є надмірне порушення структури ґрунту (оранка), недотримання сівозмін, надмірне використання синтетичних добрив, пестицидів та гербіцидів, які накопичуються в ґрунтів і руйнують здорову екосистему ґрунту; ерозія, засолення.
Постійне чи надмірне використання синтетичних добрив порушує 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.[3][6]
Крім того, внаслідок порушень здоров'я екосистеми ґрунту, виникає потреба у використанні пестицидів та гербіцидів для боротьби з бур’янами та жуками, з якими справляється здорова екосистема. Це ще більше порушує здорову екосистему ґрунту і, як наслідок, значно зменшує родючість.[3][6]
Невикористані рослинами та мікроорганізмами синтетичні добрива накопичуються в ґрунті і потрапляють в ґрунтові та навколишні води, забруднюючи їх та шкодячи екосистемам.
Щоб зменшити шкідливий вплив хімічних добрив, використовують органічні добрива: компост, біодобрива, гній. Вони покращують фізичні властивості ґрунту та покращують біологічний вміст ґрунту, який сприяє споживанню макро та мікроелементів, накопичених в надлишку в ґрунті.
Хоча пестициди використовуються в третині сільськогосподарської продукції світу, і без них було б неможливо задовольняти попит на їжу в світі так, як це робиться зараз, постійне чи неконтрольоване використання засобів захисту, таких як пестициди, може призвести до виснаження корисних організмів в ґрунті, таких як дощові черв'яки, бактерії та грибки, які необхідні для кругообігу поживних речовин і підтримки структури ґрунту. Крім того, пестициди можуть також забруднювати ґрунтові води, впливати на рівні pH ґрунту та на доступність поживних речовин. І також, вони є шкідливими для здоров'я людей, як через забруднення їжі, так і через забруднення довкілля.[7][8]
Недоліками оранки, окрім значних витрат часу, праці та ресурсів, та водної та вітрової ерозії, є деградація ґрунтів, особливо верхнього родючого шару.[9]
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.[10]
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.[9]
Обробіток важкою технікою також значно ущільнює ґрунт, що погіршує циркуляцію повітря в верхніх шарах грунту і, як наслідок, здоров'я екосистеми ґрунту.[6]
Монокультура та монотонна сівозміна — незмінна структура посівних площ — виснажують ґрунти.[6] Це стосується як монокультур, коли на тому ж полі вирощують один вид рослин протягом тривалого часу, так і неправильно спланованих ротаційних систем, коли вирощують тільки певні культури без врахування їх впливу на ґрунт. Недотримання правильних сівозмін може призвести до деградації ґрунту через виснаження його поживних речовин, збільшення шкідливих організмів та хвороб, зміни структури ґрунту, ерозії та втрати врожаю.
Органічні добрива не тільки містять велику кількість поживних речовин, таких як азот, фосфор та калій, а ще й значно сприяють утриманню вологи в ґрунті, покращують його структуру, що сприяє кращому проникненню води та повітря до кореневої системи, та стимулюють розвиток та активність корисних мікроорганізмів, які розкладають органічну речовину і забезпечують доступ рослин до поживних елементів.
У світі існує велика кількість деградованих земель, які потребують відновлення родючості ґрунту для задоволення поточних і майбутніх потреб, зокрема, у продовольчій безпеці.
У процесі використання ґрунтів необхідно постійно турбуватися про те, як відновити його родючість, тобто вивести його на природний рівень або покращити характеристики родючості, що були на початку. Зміна людиною природних властивостей ґрунтів для підтримання високого рівня родючості називається окультуренням ґрунтів.[11] 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.
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.[12]
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.
Мультиоміксне дослідження структури агроекосистеми, опубліковане в PNAS в 2020 році, виявило, що органічний азот є ключовим компонентом, який сприяє врожайності сільськогосподарських культур за умови соляризації ґрунту, навіть при наявності неорганічного азоту.[13]
Вирощування сої за системою нульового обробітку грунту (Меріленд, США)
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 надґрунтовий 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, покращує родючість, біорізноманіття, зменшує викиди CO2 в атмосферу і зменшує витрати виробництва.[14]
Strip-till
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.[9]
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.
Поле засіяне конюшиною – дворічним сидератом з родини Бобових
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.
У сидератів добре розвинена та сильно розгалужена коренева система, яка сприяє поліпшенню структури ґрунту: проникаючи глибоко в нього, вона розрихлює та збагачує повітрям важкі глинисті ґрунти та підтримує від вимивання легкі, піщані. Сидерати родини бобових живуть у симбіозі з азотфіксуючими бактеріями, які переводять атмосферний азот у зв'язаний стан, що робить його доступним для споживання рослинами. При використанні сидератів, кількість азоту, доступного для подальших культур зазвичай становить 40-60 % від загальної кількості азоту, що містився в сидератній культурі.
Біодобрива — це добрива, 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.[15][16][17][18]
Станом на початок 2010-х в світі було зареєстровано понад 150 мікробних видів для використання в сільському господарстві. Перспективними є ті, які збільшують врожайність за рахунок покращення живлення рослин (інокулянти), і ті, які зменшують втрати врожаю через шкідників (біоконтроль).
Серед інокулянтів дві основні групи це азот-фіксуючі бактерії та фосфатмобілізуючі бактерії (ті що розчиняють фосфати). Також існують змішані препарати, які містять різні види бактерій. Використання деяких біоінокулянтів давало в середньому від 2:1 до 5:1 ROI, як зазначено в дослідженні 2016 року.[19]
Біочар — це стабільна тверда речовина, яка багата пірогеннимвуглецем і може зберігатися в ґрунті тисячі років[21], 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.
Вирощування різних типів культур разом може покращити кругообіг поживних речовин, зменшити тиск шкідників і хвороб, а також підвищити врожайність і родючість ґрунту.[22][23][24]
Наприклад, спільне вирощування кукурудзи і бобових. Бобові рослини фіксують азот у ґрунті, що сприяє його поживному складу, тоді як кукурудза забезпечує тінь, що зменшує випаровування води та запобігає ерозії.
Лісосмуги захищають поля від вітряної ерозії верхнього шару ґрунту, покращують мікроклімат агробіоценозів, допомагають утворювати стабільні екосистеми та зменшують забруднення.[6]
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.
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.[25]
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.[26][27]
Впровадження сучасних сенсорних технологій, таких як картографування ґрунту, датчики вологості ґрунту, рівня поживних речовин і рН можуть допомогти фермерам ефективніше застосовувати воду та добрива, що з часом призводить до більш ефективного використання ресурсів і покращення стану ґрунту
До деяких перспективних методів відносять використання таких інструментів та методик[2]:
Переваги арбускулярних мікоризАрбускулярні 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.[28][29][30]
Грибки Trichoderma[31][32][33]: ці грибки мають здатність виживати в несприятливих умовах (висока солоність і посуха), позитивно використовувався як корисні мікроорганізми через їхню здатність пригнічувати патогени рослин та стимулювати ріст рослин. Вони є важливими учасниками екосистеми ґрунту ризосфери, стійкі до ґрунтових фунгіцидів, ефективні у використанні поживних речовин ґрунту, а також сприяють росту рослин.[34][35][36]Trichoderma spp. може мінералізувати органічні поживні речовини, виробляючи велику кількість позаклітинних ферментів, навіть в умовах засолених ґрунтів і посухи.[17][18] Ці ризосферні мікроорганізми вивільняють позаклітинні ферменти для початку деградації високомолекулярних полімерів, що також може призводити до загибелі негативно патогенних для рослин грибів.[37]
Ascophyllum nodosum – різновид бурих водоростей, які зустрічаються в Північній Атлантиці. Широко використовується як органічне добриво. Містить різноманітні корисні біомолекул, такі як цитокіни, ауксини, гібереліни, які сприяють росту та розвитку рослин.
Цеоліт – природний мінерал з пористою структурою. При додаванні в ґрунт допомагає утримувати вологу та поживні речовини, зменшуючи їх вимивання, і покращує структуру ґрунту. Висока катіонообмінна здатність дозволяє цеоліту залучати і утримувати позитивно заряджені іони, такі як амоній, калій, кальцій і магній, роблячи ці речовини доступнішими для рослин. Також, допомагає нейтралізувати pH ґрунту і захистити від коливань pH.
Методика часткового висихання коренів – методика, яка використовується для покращення поглинання води і поживних речовин рослинами. Вона передбачає тимчасове контрольоване зниження рівня вологості ґрунту, що спонукає рослини розвивати глибшу кореневу систему в пошуках води.
Кам'яний пил – додавання в ґрунт кам'яного пилу, такого як базальтовий або гранітний, може відновити необхідні мінерали та з часом покращити родючість ґрунту.
Нанобіотехнології та 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.[38]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.[39] 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[40]. Також зелені нанотехнології можуть бути перспективними для очищення забруднених ґрунтів, зокрема від важких металів.[41][42]
Електрокультура досліджує використання електричних струмів низької напруги до ґрунту з метою стимулювання росту рослин. Електрокінетична ремедіація використовується для видалення забруднень із ґрунту за допомогою електричних струмів.[43]
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.[26]
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.
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.
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.[44]
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.[26]
Ґрунтознавство: Навч. посіб./ М.Ф.Бережняк, Б.Є.Якубенко,. А.М.Чурілов, Р.В.Сендзюк. // За заг. ред. Якубенка Б. Є. — К. : Видавництво Ліра-К, 2017. — 612 с. ISBN 978-617-7507-96-2
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. ISBN978-93-89571-31-8.
.jpg)
(NRCS_Photo_Gallery).jpg)
_colonization.png)
