Продовольственная безопасность в Африке: выращивать бобовые, чтобы использовать меньше минеральных удобрений?

Для повышения урожайности зерновых в Африке перспективно производство сидеральных удобрений за счет выращивания бобовых культур. Но некоторые препятствия остаются.

Искоренение голода к 2030 году является одной из целей ООН в области устойчивого развития. Серьезная проблема в странах Африки к югу от Сахары, где треть домохозяйств все еще находится в ситуация с отсутствием продовольственной безопасности. Чтобы удовлетворить потребности растущего населения Африки, необходимо значительное увеличение урожая зерновых.) широко распространен.

Последние сильно ограничены в регионе из-за истощения запасов питательных веществ в почве после десятилетий непрерывной культивации при недостаточном удобрении, что само по себе является результатом низкого использования минеральных удобрений и низкой биомассы, доступной для внесения органических удобрений.

В настоящее время количество вносимого азота следует умножить на 15, чтобы достичь уровня урожайности зерновых. совместим с пищевыми продуктами.

Ценные питательные вещества в зеленых удобрениях

Минеральные удобрения являются одним из средств повышения доступности азота для сельскохозяйственных культур. Хотя они имеют решающее значение для повышения урожайности зерна, они могут нанести вред окружающей среде при чрезмерном использовании, а их цена часто слишком высока для фермеров, поскольку нарушение мировых рынков, связанное с войной в Украине, усугубило ограничения.

В атмосфере много азота, и бобовые обладают уникальной способностью фиксировать этот атмосферный азот в тканях своих растений посредством симбиоза с бактериями. Возделывание их перед зерновыми путем заделки их остатков перед посевом могло бы обеспечить почву значительным количеством азота и оптимизировать использование минеральных удобрений, необходимых для получения более высоких урожаев зерновых.

Хорошо известный эффект в умеренных и тропических системах, но который может сильно варьироваться от года к году. При повышении температуры остатки бобовых будут разлагаться быстрее, а в случае интенсивных дождей азот, полученный при разложении остатков, может выщелачиваться и теряться культурой.

Удобрения, климат и рост риса на Мадагаскаре

На протяжении более 20 лет Fofifa и Cirad (два научно-исследовательских института из Мадагаскара и Франции соответственно) изучают различные направления, направленные на устойчивую интенсификацию малагасийского сельскохозяйственного производства и увеличение доходов домохозяйств.

В этом недавнем исследовании, мы поставили под сомнение целесообразность замены части минеральных удобрений, используемых для повышения урожайности, использованием сидератов при выращивании горного риса на Мадагаскаре. Общая политика государства на Мадагаскаре планирует увеличить производство риса для обеспечения продовольственной самообеспеченности страны.

Однако насыщение низменных пойм, где выращивается орошаемый рис, а также недавнее развитие и распространение устойчивых к высоте сортов привели к быстрому расширению выращивания риса на возвышенностях в регионе Хайлендс: в 2011 г. 71% фермеров выращивали богарный рис.

Но в настоящее время они получают средняя урожайность 1,6 т/га, значительно ниже максимальной урожайности в пределах от 4 до 6 т/га, которую можно получить на исследовательских станциях в экспериментальных условиях, т. е. когда питательные вещества не являются лимитирующими, а биоагрессоры – вредители, болезни, сорняки – освоены.

Мукуна и Кроталария

По нашему опыту, выращенное сидеральное удобрение представляло собой комбинацию бобовых культур «Mucuna» и «Crotalaria». Благодаря дополнительному росту и строению надземных частей эти два растения могут производить большое количество растительной биомассы и, таким образом, фиксировать атмосферный азот. Это сидератное удобрение выращивали в сезон дождей первого года двухлетнего севооборота на основе суходольного риса, остатки которого затем вносили в почву перед обработкой почвы и посевом риса в следующем вегетационном периоде.

Вращение повторили дважды для целей эксперимента и по сравнению с монокультурой риса. Мы провели обширное наблюдение за этим экспериментом, измерив количество азота в почве и растениях, динамику роста риса, произведенную биомассу и урожайность зерна. Собранные данные позволили адаптировать имитационную модель урожая к рису на возвышенностях на Мадагаскаре, чтобы воспроизвести воздействие внесения сидератов и их разложения на рост риса.

Перспективная модель

Затем модель использовалась для изучения возможных преимуществ сидеральных удобрений для роста риса для 24 гипотетических сезонов выращивания риса, построенных на основе климатических измерений, соответствующих нашему исследуемому региону, за период с 1994 по 2018 год. В этом виртуальном эксперименте мы установили количество сидератов, внесенных в почву перед выращиванием риса, из расчета 6 т/га (т.е. 140 кг азота) на основе того, что было получено в поле.

По нашим данным, возделывание и внесение сидератов позволило сэкономить часть минеральных удобрений, необходимых для повышения урожайности риса. Ставим целевой показатель урожайности 3,7 т/га, т.е. 75% от максимального выхода, полученного в экспериментах на станции. Эталонная урожайность была достигнута при внесении 40 кг/га азота в виде минерального удобрения при внесении в почву сидератов. Для сравнения, без использования сидератов требовалось более чем вдвое больше, или 100 кг азота на гектар.

Компромиссы

Однако эта многообещающая практика требует значительных корректировок, чтобы ее можно было внедрить на малагасийских семейных фермах. Следует рассмотреть три основных аспекта.

Во-первых, в годы с большим количеством осадков преимущества сидератов для урожайности риса не были замечены: дополнительный азот, полученный при разложении сидератов, вымывался и больше не был доступен для риса. Поэтому требуется динамическое управление остатками и удобрениями, а также потребность в технических консультациях для адаптации предложения к потребностям завода.

Во-вторых, повышение урожайности риса за счет сидеральных удобрений не полностью компенсировало потери урожая риса из-за выращивания сидератов. Если фермеры хотят выращивать зеленое удобрение, они должны выделить под эту культуру часть своей земли — в противном случае эта часть использовалась бы для выращивания риса для продовольственной самообеспеченности домохозяйств. Чтобы компенсировать эту потерю, можно было бы внедрить механизмы стимулирования, потому что выращивание этих удобрений по очереди может оказать различные важные услуги (лучшая борьба с вредителями, нематодами и сорняками, улучшение плодородия почвы с течением времени, поддержание биоразнообразия.

Наконец, пожнивные остатки обычно оставляют на участке и выпасают домашний скот в регионе. Следовательно, это требует наличия альтернативных решений для кормления скота, развития соответствующих секторов, чтобы гарантировать снабжение этих фермеров, которые часто находятся далеко от инфраструктуры, а также обеспечения наличия механизмов, чтобы компенсировать эти дополнительные расходы на эксплуатацию, которые большинство остается менее 540 евро в год на одного сельскохозяйственного работника.

Импульсы двойного назначения

Ограничение количества осадков можно преодолеть, отрегулировав дату внесения сидератов и дату посева риса, чтобы лучше синхронизировать разложение сидератов и рост урожая. Откалиброванная нами модель может помочь в проведении такой оценки. in silico.

Потеря производства продуктов питания из-за производства сидеральных удобрений может быть частично компенсирована за счет выращивания зернобобовых культур, которые обеспечивают фермера продовольствием (например, арахиса) с использованием сидератов. Эксперименты в Южной Африке в настоящее время посвящены оценке этих «двойных» севооборотов бобовых культур.

Но было бы необходимо обеспечить существующий рынок для этих продуктов и достаточно выгодную цену. Наконец, выращивание бобовых культур двойного назначения (производство как зерна, так и корма) могло бы стать одним из необходимых элементов компромисса, который должен быть найден для повышения плодородия почвы и обеспечения корма.

Время уходит, но мы убеждены, что изменения могут произойти быстро, чтобы преобразовать нынешнюю систему выращивания зерновых в сторону большей производительности и устойчивости. Решения, такие как сидеральные удобрения, существуют, но специалистам по распространению знаний, исследователям, участникам производственно-сбытовых цепочек и политикам необходимо помочь фермерам инвестировать в те методы, которые максимизируют производство в краткосрочной перспективе, но будут более устойчивыми в долгосрочной перспективе.

В последние десятилетия появилось много талантливых африканских исследователей. Теперь решения должны принимать лидеры.

Лалайна Ранайвосон, научный сотрудник в области агрономии, CIRAD; Од Рипош, исследователь в области агрономии и моделист систем земледелия, CIRAD; Франсуа Аффхолдер, главный исследователь отдела исследований агроэкологии и устойчивой интенсификации, CIRAD; Гатьен Фальконье, агроном-эколог, CIRAD Луиза Леру, кандидат технических наук, специалист по дистанционному зондированию Земли, CIRAD

Эта статья переиздана с Беседа под лицензией Creative Commons. Прочитайтеоригинальная статья.