Скільки років забагато для сої?

Соя має безліч переваг у сівозміні. Однак без належної ротації з нею, як і з будь-якою іншою культурою, можуть виникнути проблеми через постійне вирощування на тому самому місці. Канадські науковці намагалися з’ясувати, яка оптимальна частота повернення сої у сівозміну, що може забезпечити високий урожай, хорошу економічну віддачу та здоров’я ґрунту. Для цього агроном Івонн Лоулі провела восьмирічне дослідження в Манітобі, одній із центральних провінцій Канади.

Вибір культур для сівозміни

Дослідження стартувало у 2014 році. На той час обсяги вирощування сої в сівозміні Манітоби швидко зростали. Частково це було зумовлено проведеною селекційною роботою і створенням ранньостиглих сортів. Однак на збільшення сої в сівозміні також впливали ринкові та погодні умови. Сою було вигідно вирощувати. «Манітоба має достатню кількість опадів, тож соя давала хорошу врожайність», — пояснює Лоулі, доцент кафедри рослинництва Університету Манітоби.

Коли певна культура починає давати добрий прибуток, виникає спокуса збільшувати під нею площі. Та є запитання: яка кількість сої в сівозміні буде оптимальною? Чи будуть наслідки через вирощування сої в монокультурі?

Важливим завданням для дослідників став вибір культур для ротації. Науковці хотіли, щоб експеримент мав практичне значення і відображав інтереси канадських фермерів.

У США сою традиційно вирощують у сівозміні з кукурудзою, тож цей варіант ротації культур одразу включили до експерименту. Також досліджували чергування ріпаку та сої, оскільки це дві найприбутковіші культури в Манітобі. Ще один варіант — більш диверсифікований, у ньому чергуються зернові й технічні: пшениця — ріпак — кукурудза — соя.

Три варіанти сівозміни порівняли з безперервним посівом сої в монокультурі. На той час деякі фермери вже вирощували сою по сої, тож науковці хотіли зрозуміти, які це може мати наслідки.

Перші чотири роки

Перший етап дослідження тривав з 2014 по 2017 рік. Сівозміни були організовані так, щоб на четвертому році дослідження всі вони включали сою.

Цікаво, що істотних відмінностей в урожайності сої між сівозмінами у 2017 році не було.

Лоулі припускає, що на той час виробництво сої в Манітобі все ще перебувало у «фазі медового місяця». Оскільки соя була відносно новою культурою для провінції, не було значного тиску хвороб і комах-шкідників. Це підтверджує і той факт, що фермери Манітоби все ще отримували прийнятну врожайність сої, незважаючи на зловживання культурою в сівозміні.

Друга фаза: 2018–2021

У 2017 році площа посіву сої в Манітобі досягла найвищого рівня. Лоулі цікавило, що станеться не лише з урожайністю сої, але й зі здоров’ям ґрунту, якщо так триватиме далі: «Соя — культура, після якої на полі майже не лишається рослинних решток. Як це вплине на здоров’я ґрунту, якщо вирощувати сою дуже часто і не повертати достатню кількість решток у ґрунт?». Тож у 2018 році вона ініціювала другий чотирирічний цикл дослідження.

У другому циклі дослідження Лоулі співпрацювала з фітопатологом Фуадом Даяфом щодо хвороб сої та мікробіологом Іваном Оресником щодо Bradyrhizobium japonicum, бактеріального партнера сої, що фіксує азот.

Деталі дослідження

Другий етап дослідження ознаменував зміну умов вирощування в Манітобі, каже Лоулі: «Перші чотири роки були більш вологими, але в останні чотири умови стали більш посушливими. Було особливо сухо у 2021 році, в наш останній польовий сезон, коли всі дослідні ділянки були під соєю».

Варіанти ротацій лишили ті самі: кукурудза — соя — кукурудза — соя; ріпак — соя — ріпак — соя; пшениця — ріпак — кукурудза — соя; і соя в монокультурі.

Команда Лоулі продовжувала спостерігати за різними факторами в сівозміні, включно з урожайністю культур, кількістю біомаси, надходженням вуглецю із рослинних решток, умістом таких поживних речовин у ґрунті, як азот, фосфор, калій і сірка.

Дослідники розширили способи моніторингу здоров’я ґрунту, використовуючи тести для оцінки запасів вуглецю в ґрунті, загального органічного вуглецю і активного вуглецю.

Органічний вуглець у ґрунті — це загальний термін, який включає всі форми органічної речовини, що містять вуглець, у ґрунті. Це можуть бути рештки рослин, тварин, а також різні органічні сполуки, що утворюються внаслідок їх розкладу. Цей вуглець є важливим джерелом поживних речовин для рослин та мікроорганізмів, а також він сприяє формуванню структури ґрунту.

Активний вуглець — це частина органічного вуглецю, яка перебуває в більш доступній для мікроорганізмів і рослин формі (рослинні цукри і полісахариди). Активний вуглець є складовою частиною органічної речовини, але він характеризується високою біологічною активністю, тобто швидким розкладанням і засвоєнням організмами. Активний вуглець є важливим індикатором біологічної активності ґрунту, оскільки він відображає рівень мікробіологічних процесів і родючість.

Лоулі пояснює: «Рослинні рештки можуть перебувати на різних стадіях розкладання. Частина вуглецю в ґрунті мало доступна для біоти, тоді як активний вуглець — це пул вуглецю, який легко доступний для мікробної активності або мінералізації».

Вони також досліджували ґрунтові ферменти: «Бактерії використовують ферменти для розщеплення рослинних решток, що дозволяє їм отримати доступ до поживних речовин із цих решток. Так бактерії сприяють колообігу поживних речовин. Ці ферменти можна вилучити з ґрунту, щоб визначити їх концентрацію. Оскільки різні ферменти беруть участь у різних реакціях розщеплення рослинних решток, ми можемо вибрати конкретні ферменти, щоб впливати на різні функції бактерій у ґрунті».

Лоулі зосередилася на ферментах, пов’язаних з колообігом вуглецю, оскільки соя як культура з малою кількістю решток повертає відносно невелику кількість вуглецю в ґрунт. Дослідження в основному було зосереджено на β-глюкозидазі, ферменті, який бере участь у колообігу вуглецю, і β-глюкозамінідазі, індикаторі як колообігу вуглецю, так і мінералізації азоту.

Результати врожайності

На другому етапі Лоулі та її команда все ще виявили дуже невеликі відмінності в урожайності сої між сівозмінами. «Лише в кінці другого чотирирічного циклу ми спостерігали кількісне зниження врожайності сої в монокультурі», — говорить вона. На одній з ділянок низькі показники сої були спричинені тиском хвороб.

За ділянками сої спостерігали на предмет виявлення захворювань кореневої системи та надземної маси. Кореневі гнилі, особливо ті, що спричинені видами Fusarium, були найбільш серйозною проблемою і найбільше уразили сою в монокультурі.

Також на ділянках сої в монокультурі виявили два патогени, про які ніколи не повідомлялося на сої в Західній Канаді: Fusarium cerealis, що викликає кореневу гниль, і Diaporthe caulivora, що викликає рак стебла.

«Незважаючи на ці проблеми з хворобами, вирощування сої в монокультурі не призвело до катастрофи: вона все ще давала прийнятні врожаї наприкінці восьми років досліду, — зазначає Лоулі. — Це узгоджується з тим, що ми бачимо в Манітобі: ми починаємо мати деякі проблеми зі шкідниками, але все ще можемо впоратися з достатньою кількістю інтенсивних посівів сої в сівозміні».

Економічні результати сівозміни

Щоб оцінити економічність сівозмін, команда Лоулі порівняла ціни на зерно та витрати на виробництво, використовуючи середні значення по провінції, і проаналізувала прибутковість різних сівозмін. «Оскільки різниця в урожайності сої в чотирьох сівозмінах була мінімальною, прибутковість цих сівозмін стала основним фактором нашої цікавості», — пояснює вона.

Низькі затрати на вирощування сої роблять її привабливою культурою за умови, що врожайність і ціни хороші. Відповідно, вирощувати сою в монокультурі було вигідно, навіть незважаючи на зниження врожайності в останній рік. Для сівозмін з більш витратними культурами, такими як кукурудза та ріпак, прибутковість визначають вартість добрив, насіння та ЗЗР.

Висновки щодо здоров’я ґрунту

Різні сівозміни показали суттєві відмінності у віддачі біомаси та вуглецю, причому соя в монокультурі мала найнижчі рівні для обох показників.

Хоча загальний вміст вуглецю не змінився суттєво для жодного варіанту сівозміни, рівні активного вуглецю відрізнялися. «Ми спостерігали зменшення кількості активного вуглецю під час вирощування сої в монокультурі у порівнянні з усіма іншими сівозмінами», — говорить науковиця.

«Іншим індикатором були ґрунтові ферменти, зокрема β-глюкозидаза. Там, де попередником сої була культура з високим умістом решток, кукурудза або пшениця, ми спостерігали підвищену активність β-глюкозидази. Бактерії були зайняті розщепленням цих решток, і це позначилося на підвищеній активності ферментів». Активність β-глюкозидази була найнижчою для сої в монокультурі.

Лоулі зазначає: «Щоб створити достатні популяції корисних бактерій у ґрунті, нам потрібно забезпечити наявність у ґрунті рослинних решток, які є джерелом їжі для цих мікробів. Соя лишає по собі на полі малу кількість решток, тож одним із варіантів є включення в сівозміну зернових».

Рівень поживних речовин у ґрунті

«Для сої в монокультурі не вносили фосфорних добрив. Не дивно, що ми спостерігали зниження рівня фосфору в ґрунті, — зазначає Лоулі. — Соя краще реагує на залишковий фосфор у ґрунті, ніж на внесення фосфорних добрив спеціально під цю культуру. Тож вам потрібно подумати про те, де в сівозміні ви збираєтеся вносити фосфорні добрива, щоб задовольнити потреби врожаю сої».

Щорічні аналізи ґрунту також показали, що соя задовольняє свої потреби в азоті завдяки азотфіксації, однак вона не забезпечує збільшення азоту для наступної культури.

«Якщо в ґрунті є запаси азоту, то соя використовує цей азот, а не фіксує власний. Це означає, що ми можемо розмістити сою після культури, яка використовує багато азоту. Якщо ми дозволимо цій попередній культурі знизити рівень азоту в ґрунті, тоді соя працюватиме більше і фіксуватиме більше азоту». Такий підхід допоміг би зменшити використання азотних добрив у сівозміні, знизивши витрати на виробництво та потенційно мінімізуючи викиди парникових газів.

Оцінка популяції Bradyrhizobium japonicum

Команда дослідників кількісно визначила популяції Bradyrhizobium japonicum у сівозмінах з 2017 по 2021 рік. Їхні висновки вказують на те, що Bradyrhizobium japonicum може пережити зиму, але популяція поступово зменшується із часом залежно від кількості років з моменту останнього вирощування сої на ділянці. Популяція була найвищою для ділянок сої в монокультурі та найменшою в сівозміні ріпак — соя, хоча ці відмінності суттєво не вплинули на врожайність сої.

Щоб дослідити вплив підтоплення полів на популяції бульбочкових бактерій, провели експеримент із контрольованим середовищем, використовуючи ґрунти із різних сівозмін. Порівнювали наслідки різної тривалості підтоплення (один, три або шість тижнів) за різних температур (5 або 25 °C).

«Бактерії Bradyrhizobium japonicum достатньо витривалі та стійкі й можуть пережити повені як у теплих, так і в холодних умовах», — робить висновок Лоулі.

Ключові висновки

Соя — чудова культура для сівозміни, її вирощування може бути дуже прибутковим. Однак для побудови сівозміни із соєю треба зважати на те, що вирощування сої в монокультурі може спричинити посилення тиску хвороб, шкідників і потребуватиме більшої уваги до здоров’я ґрунту. Тож потрібно співвідносити потенційний прибуток із потенційними втратами.

«Результати цього дослідження відображають, що в майбутньому в нас, імовірно, буде більше проблем із соєю. Чи загрожують вони врожайності прямо зараз? Напевно, ні. Але це невелике зниження врожайності, ймовірно, не за горами. Такі проблеми, як соєві цистоподібні нематоди, стають дедалі актуальнішими в Манітобі та впливатимуть на частоту вирощування сої в сівозміні», — говорить Івонн Лоулі.

Щодо здоров’я ґрунту дослідниця Лоулі акцентує, що виробники мають у своєму розпорядженні кілька інструментів для компенсації малого обсягу рослинних решток, які повертаються в ґрунт після вирощування сої. Дослідження, проведені Лоулі та її лабораторією, демонструють, що додавання до сівозміни культур із високим вмістом решток, застосування мінімального обробітку ґрунту та прямого посіву після сої, а також включення покривних культур у сівозміну можуть ефективно підтримувати здоров’я ґрунту. Ці заходи збільшують надходження вуглецю, живлять ґрунтові мікроби та зменшують ерозійні процеси в ґрунті.

«Цікаво, що тепер, коли минуло понад вісім років від початку наших дослідів із соєю, у Манітобі стала поширеною сівозміна соя — ріпак — пшениця», — констатує Івонн Лоулі.