Pabaiga. Pradžia „Mano ūkis“ Nr. 3

Dirvožemio anglis (C) – tai vienas iš svarbiausių dirvožemio organinės medžiagos komponentų. Nuo jos tiesiogiai priklauso dirvožemio kokybė – dirvožemio biologinis aktyvumas, cheminė ir fizikinė kokybė, struktūringumas.

JAV atliktais tyrimais nustatyta, kad 11 metų iš eilės taikant tiesioginę sėją, organinės C kiekis dirvožemio 0–5 cm sluoksnyje padidėjo net 65 proc., palyginti su tuo pačiu sluoksniu artoje dirvoje. Kiti autoriai teigia, jog C kaupimosi dirvožemyje trukmė – 10–20 metų. Dar kiti tyrėjai, apibendrinę 5–20 metų trukmės 39 žemės dirbimo laukų bandymų duomenis, nustatė, kad neariamoji sistema padidino C kiekį dirvožemyje vidutiniškai 285 g m-2, palyginti su arta dirva, o C kaupimosi greitis siekė 22 g m-2 per metus. Kita vertus, sausringomis sąlygomis C pokyčiai dirvožemyje taikant skirtingas žemės dirbimo sistemas gali būti labai nedideli. Tokiomis sąlygomis neariamosios technologijos taikymas vietoje tradicinio ariminio žemės dirbimo anglies kaupimąsi padidina nežymiai – tik apie 57 g m-2 per metus.

Žemės dirbimo sistema ir C kiekis

Analizuojant Europos žemės dirbimo tyrimų rezultatus nustatyta, kad tradicinę žemės dirbimo sistemą pakeitus į neariamąją, organinės C kiekis dirvožemyje padidėja vidutiniškai 0,73 proc. per metus, o naujai susidariusi dirvožemyje C pusiausvyra būtų pasiekta tik po 50–100 metų. Beje, yra ir tokių tyrimų, kuriuose nebuvo nustatyta jokių C kaupimosi dirvožemyje skirtumų tarp skirtingų žemės dirbimo būdų. Manoma, kad neariamojo žemės dirbimo įtaka anglies kaupimuisi dirvožemyje vis tik yra ribota, tačiau pati žemės dirbimo sistema yra naudotina tik dėl mažesnių energetinių (kuro) išlaidų. Būtina pažymėti, kad nežiūrint į tai, kad neariamoji sistema mažina CO2 emisiją, labai svarbu ir tai, kad tausojanti dirvą technologija labai nesumažintų žemės ūkio augalų derliaus.

Anglies kiekio dirvožemyje kaupimuisi didelę įtaką turi meteorologinės sąlygos, granuliometrinė dirvožemio sudėtis ir žemės dirbimas. Mechaninis žemės dirbimas (žemės purenimas-maišymas) vertinamas kaip pagrindinis veiksnys, mažinantis anglies kiekį dirvožemyje.

Anglies kiekio pokyčiams dirvožemyje nemažą reikšmę turi ir visos aplinkos CO2 apykaitos intensyvumas. 20 proc. viso CO2 kiekio, patenkančio į atmosferą, išskiria dirvožemiai. Taigi agroekosistemos ir jų valdymo pobūdis (žemės dirbimas, tręšimas, drėkinimas ar sausinimas ir pan.) gali stipriai veikti anglies dvideginio emisijos balansą. Apskaičiuota, kad suminis C kiekis visose Žemės dirvose yra 1 500 Pg (1 Pg = 1015 g). Taip pat apskaičiuota, kad dirbamose pasaulio dirvose priešistoriniais laikais C kiekis dirvožemyje buvo 222 Pg, o mūsų dienomis dėl intensyvaus dirvožemių naudojimo sumažėjo iki 168 Pg. Nustatyta, kad beveik 10 proc. viso atmosferos CO2 yra išskiriama iš dirvožemio. Mokslininkai mano, kad priešistoriniais laikais CO2 kiekis Žemės atmosferoje siekė 270 ppm, 1990 m. – padidėjo iki 350 ppm, o 2004 m. jis jau siekė 370 ppm. Taip pat apskaičiuota, kad anglies (elemento) nuostoliai iš Europos dirbamų dirvų siekia 78 Mt per metus. Biologinis potencialas anglies kaupimuisi žemės ūkio dirvose optimizuojant žemės naudojimą galėtų siekti 90–120 Mt CO2 ekvivalentų per metus. Štai todėl, formuojant žemės ūkio politiką, viena iš siūlomų priemonių mažinant CO2 emisiją iš dirvožemio ir didinant anglies kaupimąsi dirvožemyje yra platesnis neariamosios žemdirbystės diegimas.

Dirvožemiai, kurių viršutiniame sluoksnyje organinės anglies kiekis mažesnis kaip 1 proc., yra priskiriami degradavusių dirvožemių kategorijai. Dotnuvoje dešimtaisiais skirtingų žemės dirbimo sistemų taikymo metais (2008 m.) vidutinio sunkumo priemolyje organinės C buvo vidutiniškai 1,2 proc., smėlingame lengvame priemolyje – 0,95 procento.

Tyrimų rezultatai

Praėjusiame numeryje minėta, kad prieš 10 metų Dotnuvoje buvo pradėti vieni iš pirmųjų Lietuvoje lauko bandymai, siekiant kompleksiškai ištirti skirtingas žemės dirbimo sistemas. Dirvožemio cheminės, fizikinės ir biologinės kokybės pokyčiai per daugiau kaip 10 metų buvo akivaizdūs. Tais metais du lauko bandymai buvo įrengti vidutinio sunkumo priemolyje bei smėlingame lengvame priemolyje. Tirtos trys žemės dirbimo sistemos: tradicinė (CT – pagrindinis gilus arimas (23–25 cm) ir priešsėjinis purenimas kombinuotu žemės dirbimo agregatu (4–5 cm), supaprastinta (RT – pagrindinis seklus arimas (23–25 cm) ir priešsėjinis purenimas kombinuotu žemės dirbimo agregatu (4–5 cm) bei tiesioginė sėja (NT).

Per 10 metų skirtingose žemės dirbimo sistemose susiformavo nevienodo gausumo organinės anglies viršutinis 0–10 cm sluoksnis. Abiejuose skirtingos granuliometrinės sudėties dirvožemiuose šiame sluoksnyje didžiausias organinės C kiekis buvo nustatytas NT sistemoje. Vidutinio sunkumo priemolyje vidutinis organinės C kiekis CT sistemoje buvo 1,14 proc., RT – 1,17, o NT – 1,29 proc. Smėlingame lengvame priemolyje – atitinkamai 0,85; 0,91 ir 1,11 proc. Vadinasi, per pastarojo bandymo dešimtmetį (visų pirma, CT ir RT sistemose) dirvožemiui iškilo degradavimo grėsmė. Be to, tyrimuose konstatuota ryški daugiamečio NT sistemos taikymo įtaka dirvožemio organinės C sluoksniavimuisi ir jos kaupimuisi dirvos paviršiuje. Pažymėtina, kad vidutinio sunkumo priemolyje ilgametis NT taikymas lėmė 13 proc., o smėlingame lengvame priemolyje 8 proc. didesnį organinės anglies kiekį 0–10 cm sluoksnyje negu CT sistemoje.

Dirvožemio CO2 emisija ir dirvožemio kvėpavimas

Vertinant anglies dioksido emisijos mastą ir apibendrinant tyrimus, atliktus įvairiose šalyse, yra nurodoma, kad dar labai trūksta duomenų apie konkrečios šalies žemės ūkio veiklos įtaką anglies dioksido emisijai. Apibendrintų duomenų apie CO2 emisiją Lietuvos žemės ūkio sektoriuje taip pat trūksta, tačiau jau yra pirmieji tyrimų rezultatai apie žemės dirbimo reikšmę Vidurio Lietuvos dirvožemiuose.

Yra žinoma, jog neariamojo žemės dirbimo sistema buvo sukurta, siekiant sumažinti dirvų eroziją Šiaurės Amerikos Didžiosiose lygumose. Tai buvo vienintelis neariamosios žemdirbystės taikymo praktikoje tikslas. Šiuo metu daugelyje šalių (Lietuvoje taip pat) atliekami tyrimai, kad būtų įvertinta šio žemės dirbimo įtaka anglies kaupimuisi dirvoje ir CO2 emisijos mažinimui.

Teigiama, jog žemės dirbimo būdas lemia CO2 emisiją tokiu mastu, kokiu gyliu ir intensyvumu yra mechaniškai dirbama žemė. JAV nustatyta, kad dirvas giliai ariant CO2 emisija siekia 134 proc., jas tik lėkščiuojat – 58, o taikant tiesioginę sėją – vos 27 proc. į dirvą įterptų augalų turimo anglies kiekio. Tai rodo, kad intensyvus žemės dirbimas tiesiogiai didina CO2 emisiją. Skirtingais skaičiavimais, vidutinio klimato sąlygomis ne mažiau kaip 15–25 t ha-1 mėšlo, įskaičiuojant ir lauke paliekamas augalų liekanas, turi būti įterpiama į dirvą, kad atsistatytų anglies nuostoliai dėl dirvų arimo. Taip pat nustatyta, kad CO2 emisija iš dirvožemio yra proporcinga mechaniškai supurento dirvožemio tūriui. Suarus dirvą 28 cm gyliu, CO2 emisija siekė 2 445 g CO2 m-2, o 20, 15 ir 10 cm – atitinkamai 1 939, 1 588 ir 891 g CO2 m-2.

Nustatyta, kad dirvožemyje anglies yra du kartus, o augaluose tris kartus daugiau negu atmosferoje, todėl stebėti dirvožemio kvėpavimo ir C pokyčius yra itin svarbu. Dirvožemio kvėpavimas parodo C emisiją iš dirvožemio į atmosferą. Tai puikus rodiklis, iliustruojantis dirvožemio biologinį aktyvumą.

Dirvožemio kvėpavimas – sudėtingas kompleksinis procesas, į kurio sudėtį įeina pirminis bei vėlesni dirvožemio organinės medžiagos irimo procesai, augalų liekanų irimas, mikroorganizmų irimas ir kvėpavimas bei šaknų kvėpavimas ir jų irimas. Manoma, kad augalų šaknų kvėpavimas sudaro apie 50 proc. viso dirvožemio kvėpavimo. Dirvožemio kvėpavimo intensyvumas priklauso ir nuo auginamų augalų, sąlygų, kuriomis jie auginami. Taigi sudarant atitinkamas aplinkos sąlygas ir auginant skirtingus augalus, galima kontroliuoti C emisiją. Nustatyta, kad dirvožemio kvėpavimą lemia dirvoje esantis C kiekis ir dirvožemio drėgmė. Be to, didėjant oro temperatūrai ir mažėjant dirvos drėgmei, dirvožemio kvėpavimas lėtėja. Na, o laikotarpiais, kuomet dirvožemio drėgmės kiekis esti didesnis kaip 200 g kg-1 (20 proc.), dirvožemio kvėpavimas labai priklauso ir nuo dirvos temperatūros. Intensyviausiai dirva kvėpuoja vėlyvą pavasarį, vasarą ir ankstyvą rudenį. Vieni autoriai teigia, kad net ir negausūs, trumpalaikiai lietūs suaktyvina CO2 emisiją (taip pat ir kvėpavimą) iš dirbtos dirvos, o kiti mano, kad lietus gali trumpam (keletui dienų) prislopinti CO2 emisiją iš dirvos, o po lietaus išsiskiriančio anglies dioksido kiekio maksimumas nėra toks didelis, kaip manoma.

Dirvožemio kvėpavimą labai lemia augalų dangos tipas. Labiau dirva kvėpuoja daugiamečių žolių lauke negu dirbamuose laukuose, kuriuose auga žemės ūkio augalai. JAV nustatyta, kad dirvose, kuriose augo augalai, dirvožemio kvėpavimas buvo apie 20 proc. didesnis negu šalia esančiuose laukuose be augalinės dangos (juodajame pūdyme). Atskirais atvejais aukštesnė dirvos temperatūra juodojo pūdymo lauke didina dirvožemio kvėpavimą, todėl juodojo pūdymo laikymas mažina C kaupimąsi dirvoje ir jis žemės ūkio gamyboje rekomenduotinas tik tuo atveju, jei negalima naudoti herbicidų nuo piktžolių. Taigi, augalų rūšis turi nedidelę įtaką bendrajam dirvožemio kvėpavimo intensyvumui, o augalų dangos heterogeniškumas, nevienodas šaknų pasiskirstymas dirvoje ir dirvožemio fizikinių savybių įvairovė tame pačiame lauke gali lemti didelius dirvožemio kvėpavimo intensyvumo skirtumus.

Remiantis tyrimais, sausringomis meteorologinėmis sąlygomis (2008 m.) smėlingame lengvame priemolyje ir vidutinio sunkumo priemolyje dirvožemio kvėpavimas beveik nesiskyrė, tačiau drėgnais metais (2009 m.) smėlingame lengvame priemolyje jis buvo beveik 22 proc. intensyvesnis negu sunkesnės granuliometrinės sudėties dirvožemyje.

Žemės dirbimo įtaka dirvožemio kvėpavimui, taip pat ir bendram dirvožemio gyvybingumui, priklausė nuo meteorologinių sąlygų ir nuo dirvožemio granuliometrinės sudėties. Sausų 2008 m. augalų vegetacijos periodu vidutinio sunkumo priemolyje tiesioginės sėjos (NT) taikymas lėmė vidutiniškai 54 proc. didesnį negu CT ir 36 proc. intensyvesnį kvėpavimą negu RT sistemoje. Tačiau lengvesnės granuliometrinės sudėties dirvožemyje NT sistemoje šis rodiklis buvo vidutiniškai 13 proc. mažesnis negu CT ir apie 9 proc. mažesnis negu RT sistemoje. Tuo tarpu drėgnais metais vidutinio sunkumo priemolyje dirvožemio kvėpavimas tiesioginės sėjos (NT) sistemoje beveik nesiskyrė nuo CT, bet buvo vidutiniškai 11 proc. intensyvesnis negu RT sistemoje, o lengvesnės granuliometrinės sudėties dirvožemyje NT sistemoje šis rodiklis buvo vidutiniškai net 32 proc. mažesnis negu CT ir apie 13 proc. mažesnis negu RT sistemoje. Vadinasi, taikant tiesioginę sėją lengvesnės granuliometrinės sudėties dirvožemyje, dėl blogesnės dirvožemio fizikinės kokybės ir visai nepaisant NT savybės palaikyti optimalų drėgmės ir temperatūros režimą ir gausinti organinės medžiagos kiekį, dirvožemio kvėpavimo intensyvumas bet kokiomis meteorologinėmis sąlygomis esti mažesnis. Taigi, tokio dirvožemio gyvybinės funkcijos silpnesnės.

Reikėtų priminti, kad 1937 m. ariamasis dirvožemio sluoksnis buvusios Dotnuvos bandymų stoties laukuose buvo 18 cm. Reikėjo 70 metų kryptingo ir atkaklaus žemdirbio darbo, kad jis taptų toks, kokį turime šiandien. Manome, kad šie tyrimų rezultatai anksčiau ar vėliau privers susimąstyti kiekvieną žemdirbį, nes nė vienas iš mūsų nenorėtų, kad bėgant metams mūsų vaikaičiai sulauktų dienos, kai iš turimo 30 cm armens storio, jiems liktų tik išjaurėjusi jo dalis... Objektyvus požiūris į gamtoje vykstančius procesus, į gamybos vystymosi tendencijas žemdirbius verčia galvoti, kad daugelyje Lietuvos rajonų neariamoji žemės dirbimo technologija masiškai nepakeis ariminės žemdirbystės. Ji plis palaipsniui, kylant laukų sukultūrinimo laipsniui ir bendrai žemdirbystės kultūrai.