Оптимизация использования воды и азота при выращивании кукурузы и сои в условиях изменения климата на основе модели APSIM, опыт Китая

Совместное выращивание, также известное как смешанное земледелие, представляет собой метод одновременного культивирования двух или более сельскохозяйственных культур на одном поле. Эта практика становится всё более актуальной в условиях изменения климата, поскольку она может существенно повысить продовольственную безопасность и устойчивость агросистем.

Принципы совместного выращивания

Основная идея совместного выращивания заключается в дифференциации экологических ниш между культурами. Это означает, что разные культуры могут использовать различные ресурсы (воду, питательные вещества, свет) более эффективно, что приводит к повышению общей продуктивности системы. Ключевые аспекты этого метода включают:

1. Физиологические и экологические эффекты: Разные культуры могут иметь разные требования к условиям роста, что позволяет им сосуществовать и снижать конкуренцию за ресурсы.
2. Временной и пространственный отбор: Разные культуры могут быть посеяны в разное время или занимать разные слои почвы, что увеличивает использование доступных ресурсов.
3. Компенсация ресурсов: Совместное выращивание способствует более эффективному использованию ресурсов, что особенно важно в условиях ограниченной доступности воды и питательных веществ.

Преимущества совместного выращивания злаковых и бобовых культур

Совместное выращивание злаков (например, кукурузы) и бобовых культур (например, сои) является особенно успешным. Бобовые культуры способны фиксировать атмосферный азот, что улучшает плодородие почвы и снижает потребность в минеральных удобрениях. Это приводит к следующим преимуществам:

- Фиксация азота: Бобовые культуры, такие как соя, образуют симбиотические отношения с азотфиксирующими бактериями, что позволяет им использовать атмосферный азот и улучшать содержание этого элемента в почве.
- Увеличение урожайности: Системы смешанных посевов часто показывают более высокую урожайность по сравнению с монокультурами, благодаря синергетическим эффектам.
- Устойчивость к стрессам: Смешанные системы более устойчивы к неблагоприятным условиям, таким как засуха или болезни, благодаря разнообразию культур.

Влияние климатических условий

Продуктивность систем совместного выращивания сильно зависит от климатических условий, таких как влажность почвы и доступность питательных веществ. В полузасушливых регионах, где осадки распределены неравномерно, недостаток влаги может стать критическим фактором для роста растений. В таких случаях дополнительное орошение может значительно повысить урожайность.

Управление азотом и водными ресурсами

Эффективное управление внесением азота является ключевым аспектом для повышения продуктивности в системах смешанных посевов. Исследования показывают, что сокращение внесения азота может улучшить стабильность урожайности и эффективность использования удобрений. Оптимизация внесения азота позволяет:

- Снизить загрязнение окружающей среды: Чрезмерное внесение азота может привести к загрязнению водоемов и негативно сказаться на экосистемах.
- Повысить устойчивость к изменениям климата: Рациональное использование ресурсов помогает адаптироваться к изменяющимся климатическим условиям.

Моделирование сельскохозяйственных систем

Из-за ограничений полевых экспериментов в условиях изменения климата, модели сельскохозяйственных систем становятся важным инструментом для оценки влияния климатических изменений на урожайность. Модели, такие как APSIM (Симулятор сельскохозяйственных производственных систем), позволяют:

- Оценить влияние климатических условий: Используя метеорологические данные, информацию о почве и культур, APSIM может прогнозировать реакции растений на изменения климата.
- Моделировать смешанные посевы: APSIM имеет модули для моделирования конкуренции между культурами за свет, воду и питательные вещества, что позволяет более точно оценить их взаимодействие.
- Настраивать параметры управления: Пользователи могут вводить данные о графиках полива, методах внесения удобрений и сроках посева, что делает модель гибким инструментом для агрономов.

Совместное выращивание культур, особенно злаков и бобовых, представляет собой жизнеспособный подход к повышению устойчивости и продуктивности сельского хозяйства в условиях изменения климата. Оптимизация управления водными ресурсами и азотом, наряду с использованием современных моделей для прогнозирования и оценки, может существенно улучшить продовольственную безопасность и устойчивость агросистем в будущем. Исследования в этой области остаются актуальными и необходимыми для разработки эффективных стратегий ведения сельского хозяйства.


Исследование: Agricultural Systems