Агролесоводство как ответ на изменение климата

У сельского хозяйства есть значительный потенциал для адаптации к глобальному изменению климата, начавшемуся в ХХ и начале XXI веков. Он зависит не только от интенсивности ведения агропроизводства на данной территории, но и от ресурсов окружающей среды, в которой функционирует отрасль. В последние годы в аграрно-развитых странах внимание ученых направлено на агролесомелиорацию совместно с агроэкологическим управлением водными ресурсами, включая формирование ландшафтов, способствующих удержанию воды, с целью адаптации сельскохозяйственного производства к последствиям изменения климата.

Агролесомелиорация – это метод землепользования, предполагающий одновременное выращивание деревьев и полевых культур/ведения животноводства на одной территории. Он опирается на биологическую взаимосвязь деревьев, сельскохозяйственных культур и домашнего скота для создания устойчивых экосистем.

Интерес к агролесоводству вырос в 1970-е годы в связи с ухудшением состояния экономики в развивающихся странах, обезлесением, деградацией земель и демографическим давлением. В сочетании с расширением интереса к сельскому хозяйству с позиции охраны окружающей среды, это стало приводить к изменениям в политике и значительному финансированию в этой отрасли по всему миру. В настоящее время более 60 стран признают агролесоводство в качестве одного из основных инструментов смягчения последствий изменения климата.

В 2014 году Индия стала первой страной в мире, запустившей Национальную политику агролесоводства, которая инвестировала около 33 млн долл. США в смягчение последствий изменения климата и улучшение доходов от сельского хозяйства за счет удовлетворения растущего спроса на древесину, продукты питания, топливо, удобрения и многое другое, а также создания рабочих мест и увеличения доходов.

Агролесоводство включает пять систем разной степени интенсивности, которые комбинируются для защиты почвы, скота, культур, домов от экстремальной погоды, с одновременным улучшением качества воды и почвы и питательной ценности продовольствия.

• Ветрозащитные полосы включают в себя один или несколько рядов деревьев или кустарников в целях борьбы с эрозией и защиты чувствительных к ветру культур, особенно во время усиления засухи или других экстремальных погодных условий.
• Высаживание деревьев на границе. Сюда можно отнести живые изгороди, буферные полосы и защитные лесополосы. Живые изгороди уменьшают эрозию почвы, ограничивают передвижение животных и людей, а также обеспечивают места для жизни насекомоядных птиц. Защитные лесополосы снижают скорость ветров, в связи с этим сильные порывы ветра гораздо меньше сушат и валят посевы, что в свою очередь влечёт за собой повышение урожайности.
• Выращивание сельскохозяйственных культур в тени под кроной деревьев. При этом почти всегда данные культуры тенеустойчивы либо крона деревьев пропускает достаточное количество света. Частым примером является выращенный в тени кофе. Данная практика позволяет снизить расходы на прополку, а также повысить качество и вкус кофе.
• Возделывание культур по аллеям. В этом случае чередуются ряды часто посаженных деревьев или кустов с сельхозкультурами. Обычно перед посевом культур деревья обрезают. Листья раскидываются по площади для обеспечения растений питательными веществами. К тому же деревья защищают посевы от ветра и уменьшаю эрозию почвы.
• Прибрежные буферы – это естественные или восстановленные участки вдоль рек и ручьев, состоящие из деревьев, кустарников и трав. Прибрежные буферы способствуют уменьшению загрязнения от смежных видов землепользования, которое в результате поверхностных стоков попадает в систему водоснабжения. Способствуют улучшению водной среды обитания, увеличивает накоплению растительной биомассы, стабилизирует берега.
• Междурядная посадка означает посадку культур между рядами деревьев. Деревья помогают уменьшить поверхностный сток и эрозию, что приводит к улучшению качества почвы. Они также минимизируют ветровую эрозию.
• Комплекс агролесоводства и пастбищ предусматривает комбинацию деревьев, кормовых растений и скота. Азотфиксирующие кормовые культуры и навоз позволяют улучшать почву и питание деревьев. Этот комплекс также может стать ключом к сокращению выбросов метана в животноводстве.
• Лесное хозяйство – это выращивание съедобных, медицинских или декоративных культур под защитой лесного покрова. Разнообразие типов агролесомелиоративных систем показывает многофункциональность применения деревьев и кустарников в рамках поля, хозяйства и агроландшафтов.

Главной целью агролесомелиорации является получение сельскохозяйственной продукции со всей площади, где деревья или кустарники интегрированы с земледелием или животноводством, то есть как с площади посаженных деревьев и кустарников, так и с лугов и пахотных земель, возделываемых между ними.

Деревья и кустарники могут служить сырьем для производства биомассы в энергетических целях или высококачественной древесины. Существует также множество альтернативных способов использования древесной биомассы, например, в качестве добавки к компосту, подстилки для животных или получения плодов в качестве побочного продукта. Используемая в агролесоводстве практика возделывания культур и кормления животных также имеет значительный потенциал для сокращения выбросов парниковых газов.

Агролесомелиоративные системы повышают устойчивость сельскохозяйственных экосистем к высоким перепадам осадков и температур. Другими словами, они повышают стабильность урожайности полевых культур во влажные и засушливые периоды. Это связано с несколькими фактами.

Деревья определенных пород, посаженные полосами в соответствующем месте и направлении, выполняют ветрозащитную функцию. Полупроницаемая структура крон деревьев тормозит воздушные потоки благодаря вихрям, вызывающим потери энергии. В результате создается приземная зона, охватывающая уровень роста растений, которая отличается повышенной влажностью воздуха по отношению к расположенному выше уровню.

Деревья ограничивают движение воздуха в поле, что ослабляет испарение с растений и почвы, и в то же время повышают влажность воздуха над полем, защищая от испарения водяного пара из почвы в атмосферу. В результате увеличивается урожайность культур, расположенных в наибольшей зоне воздействия древесного покрова. Более благоприятные микроклиматические условия также могут продлить срок вегетации полевых культур.

Рекомендуемое расстояние ветрозащитных полос друг от друга как минимум в 12-18 раз превышает расчетную высоту насаждений и зависит от влагоемкости почвы, местных климатических условий и количества осадков.

Корни деревьев также взаимодействуют с грибами, увеличивая доступность питательных веществ и воды для растений в обмен на часть сахаров, забираемых грибами из ткани корней. Эффективность развития микоризы зависит от использования комплекса методов, благоприятствующих этому, включая оптимальное использование почвоулучшителей, содержащих эндомикоризные грибы, и введение в севооборот бобовых культур. Микоризы могут повысить урожайность сельскохозяйственных растений, стимулируя их рост, снизить экологический стресс (засуха, засоление, дефицит питательных веществ, воздействие тяжелых металлов, неблагоприятные условия pH), контролируя патогены (активные и пассивные) и улучшить качество питания и состояния листьев растений.

В агролесомелиоративных системах можно наблюдать улучшение структуры и пористости почвы, а также увеличение покрытия почвы мульчей по сравнению с монопосевами сельскохозяйственных культур. Это приводит к увеличению инфильтрации воды вглубь профиля и удержанию почвы, что позволяет существенно снизить засуху для растений в периоды с малым количеством осадков. В свою очередь, в слишком влажные периоды, вызывающие затопление и посевов, корни деревьев иссушают территорию в результате высокой эвапотранспирации.

Деревья также могут положительно влиять на качество урожая, особенно растений, богатых белком, например, у твердой пшеницы durum. Этот эффект очень полезен в случае постоянных пастбищ. Считается, что увеличение концентрации углекислого газа в воздухе в условиях глобального потепления повышает продуктивность растений.

Установлено, что затенение трав в системах лесопастбищ улучшает качество корма за счет увеличения уровня белка в растении и снижения содержания сырой клетчатки. Кроме того, микроклимат, создаваемый воздействием деревьев, может привести к увеличению урожайности трав по сравнению с открытым пастбищем, которое более подвержено стрессу засухи. Польские фермеры, выпасающие животных на пастбищах возле лесополос, наблюдают это явление, но эмпирических данных, научно подтверждающих его, нет.

Во многих регионах Восточной Европы, в том числе и в Беларуси, деградация почв ускорила процессы эрозии восприимчивых почв. Повышение средней температуры, участившееся проливные дожди и сильные ветры еще больше усилили этот процесс. Песчаные бури, вызванные сносом частиц почвы с прилегающих полей, можно наблюдать практически ежегодно.

Помимо увеличения долговечности почвенного покрова, агролесомелиоративные системы и посадки деревьев являются наиболее эффективной формой защиты от ветровой эрозии. Эрозия является причиной не только деградации почв, но и загрязнения вод минеральными соединениями, что связано с увеличением затрат на приобретение и применение удобрений для компенсации потерь азота и фосфор в поле. Это особенно важно в ситуации глобального роста цен на удобрения. По оценкам, увеличение количества осадков увеличивает потери почвы в 1,7 раза. Поэтому рекомендуется высаживать кустарники с развитой корневой системой и хорошо просвечиваемой кроной. Иностранные источники приводят данные, что благодаря использованию агролесомелиоративных систем вымывание соединений азота в воду можно сократить на 40-70%.

Агролесомелиорационные системы улучшают структуру сельскохозяйственного ландшафта и способствуют увеличению биоразнообразия сельскохозяйственных экосистем. Изменение климата в сочетании с повышением интенсивности земледелия и чрезмерным использованием минеральных удобрений и пестицидов нанесло значительный ущерб окружающей среде: истощило численность почвенных микроорганизмов и гумуса, вызвало вспышку вредителей, снизило численность дождевых червей, насекомых и хищных птиц.

Зарубежные исследователи отмечают, что системы агролесомелиорации оказались очень полезными в регулировании численности вредителей пахотных земель, в частности, за счет увеличения активности и разнообразия естественных хищников тли. Агролесоводство обеспечивает питание и места гнездования диких пчел и других насекомых, опыляющих сельскохозяйственные культуры, что приводит к увеличению урожайности и количества биомассы пожнивных остатков или зеленых удобрений, поступающих в почву. Как ни удивительно, но наиболее полезным в этом отношении оказалось высаживание плодовых деревьев, особенно вишни.

Кроме того, деревья и живые изгороди из кустарников, расположенные по границам полей, могут защитить сельскохозяйственные культуры (особенно «органические» культуры) от сноса рабочего раствора при химической защите растений.

Деревья и кустарники обеспечивают животным укрытие от ветра и жары, частота и интенсивность которых увеличивается с изменением климата. Тень, обеспечиваемая грамотно спроектированной лесопастбищной системой, позволяет снизить солнечную радиацию на 58% по сравнению с открытым пастбищем, а температуру кожи пасущегося скота ‒ до 4 °С. По мере повышения комфорта животных увеличивается и их продуктивность.

Исследования Mitlöhner F.M. и др. показали, что крупный рогатый скот, имеющий доступ к тени, достигал нужной массы тела на 20 дней раньше, чем контрольная группа животных.

Gregory N.G. продемонстрировал, что ветрозащитные полосы повышают урожайность трав на пастбищах Новой Зеландии, одновременно стимулируя скорость овуляции у крупного рогатого скота, репродуктивные функции и рост шерсти у овец, а также снижают смертность и процент отбраковки ягнят.

Защита дойных коров от солнца увеличивает содержание жира в молоке, предотвращает мастит и улучшает воспроизводство. В случае мясного скота достигаются лучшие показатели привеса. Выпас скота в садах ограничивает распространение грибковых заболеваний, источником которых является слой неразложившихся листьев на земле.

Статья опубликована в журнале "Наше сельское хозяйство", выпуск №23.