Что входит в состав почвы

Основа всего земледелия

Почва — это не просто грязь. Это живая, сложная система, состоящая из четырех компонентов: минералов, органического вещества, воды и воздуха. Здоровая почва по объему примерно на 45 процентов состоит из минеральных частиц, на 5 процентов — из органического вещества, на 25 процентов — из воды и на 25 процентов — из воздуха.

Минеральные частицы бывают трех размеров: песок (крупный, быстро дренирует), ил (средний, удерживает влагу) и глина (мелкий, удерживает питательные вещества, но плохо дренирует). Соотношение песка, ила и глины определяет текстуру почвы. Суглинок, сбалансированная смесь всех трех компонентов, считается идеальным для большинства культур.

Органическое вещество — это разложившийся растительный и животный материал. Оно питает почвенные микроорганизмы, улучшает удержание влаги, обеспечивает постепенное высвобождение питательных веществ и придает почве темный цвет. Почвы с содержанием органического вещества менее 2 процентов считаются деградировавшими.

pH почвы измеряет кислотность или щелочность по шкале от 0 до 14. Большинство культур предпочитают pH в диапазоне от 6,0 до 7,0. Если почва слишком кислая, фермеры вносят известняк (карбонат кальция). Если слишком щелочная, они вносят серу или подкисляющие удобрения. pH напрямую влияет на доступность питательных веществ: некоторые необходимые элементы «блокируются» и становятся недоступными для растений при неправильном уровне pH.

NPK, азот, фосфор, калий — это три основных макроэлемента, необходимых растениям. Азот стимулирует рост листьев и стеблей. Фосфор поддерживает развитие корневой системы и цветение. Калий укрепляет клеточные стенки и повышает устойчивость к болезням. На мешках с удобрениями указаны три числа (например, 10-10-10), обозначающие процентное содержание N, P и K по весу.

Анализ почвы — это способ узнать, с чем работает фермер. Лабораторное тестирование выявляет pH, уровень питательных веществ, содержание органического вещества и текстуру. Без анализа почвы внесение удобрений превращается в гадание: а гадание приводит к потере денег и загрязнению водных источников.

Чтение результатов анализа почвы

Фермер отправляет образец почвы в лабораторию и получает следующие результаты: pH 5,2, азот — низкий уровень, фосфор — достаточный, калий — высокий, органическое вещество — 1,8 процента. Фермер хочет посадить кукурузу, которая предпочитает pH от 6,0 до 6,8 и является культурой с высоким потреблением азота.

Посев, орошение и севооборот

Выращивание культур в промышленных масштабах

Успешное производство сельскохозяйственных культур начинается с выбора семян. Современные фермеры выбирают сорта, выведенные для их конкретного региона: адаптированные к местному климату, типу почвы, длине светового дня и давлению вредителей. В каталогах семян указаны сроки созревания, устойчивость к болезням, потенциальная урожайность и засухоустойчивость каждого сорта.

Посев зависит от температуры почвы, влажности и периода без заморозков. Посев слишком рано в холодную почву приводит к плохому прорастанию. Посев слишком поздно сокращает вегетационный период. Большинство рядовых культур высаживают с помощью прецизионных сеялок с GPS-навигацией, которые размещают семена на точном расстоянии и глубине.

Орошение дополняет осадки, когда естественных осадков недостаточно. Капельное орошение доставляет воду непосредственно в зону корней с минимальными потерями. Центральновращающиеся системы (огромные круговые спринклеры, видимые с воздуха) широко используются для полевых культур. Залповое орошение — более старый и менее эффективный метод, но он все еще используется в некоторых регионах. Чрезмерное орошение приводит к потере воды, эрозии почвы и вымыванию питательных веществ из зоны корней.

Севооборот — это практика выращивания различных культур последовательно на одном и том же поле: например, кукуруза в один год, соя в следующий, пшеница в третий. Севооборот прерывает циклы развития вредителей и болезней, балансирует потребность в питательных веществах и улучшает структуру почвы. Кукуруза истощает азот; соя (бобовая культура) фиксирует атмосферный азот обратно в почве благодаря симбиотическим отношениям с бактериями ризобиями в клубеньках на корнях.

Интегрированная защита растений (IPM) объединяет несколько стратегий для борьбы с вредителями: севооборот, полезных насекомых (например, божьих коровок, которые поедают тлю), устойчивые сорта, целенаправленное применение пестицидов только при превышении пороговых значений & мониторинг. По сравнению со spraying по календарю, IPM снижает использование химикатов, уменьшает затраты & защищает окружающую среду.

Проектирование севооборота

Фермер пять лет подряд выращивает кукурузу на том же поле площадью 200 акров. Урожайность снижается с каждым годом, почва кажется уплотненной, а ущерб от кукурузного стеблевого усача (rootworm) усиливается, несмотря на увеличение применения пестицидов. Фермер просит вашего совета.

Основы животноводства

Разведение животных для получения пищи

Животноводство — это другая половина сельского хозяйства. Коровы, птица, свиньи, овцы & козы перерабатывают растительный материал (зерно, корма & остатки культур) в белок: мясо, молоко & яйца.

Коэффициент конверсии корма (FCR) показывает, насколько эффективно животное превращает корм в массу тела. Куры являются наиболее эффективными, потребляя примерно 1,6–2,0 фунта корма на фунт мяса. Свиньи — около 3:1. Крупный рогатый скот — 6–8:1 для говядины, откормленной зерном. Эти показатели определяют экономику всей отрасли животноводства.

Управление пастбищами имеет критическое значение для крупного рогатого скота, овец и коз. Ротационное выпас, при котором животных перемещают через серию пастбищ, чтобы каждая секция могла отдохнуть и восстановить травостой, поддерживает здоровье травы, предотвращает перекорм и повышает содержание органического вещества в почве за счет распределения навоза. Непрерывное выпас на одном и том же пастбище приводит к деградации земель.

Благополучие животных стало важным фактором в современном сельском хозяйстве. Рамка «пяти свобод» направляет ответственное животноводство: свобода от голода и жажды, свобода от дискомфорта, свобода от боли и болезней, свобода выражать нормальное поведение, и свобода от страха и стресса. Спрос потребителей на продукты, полученные в условиях гуманного содержания, трансформирует проектирование и управление животноводческими хозяйствами.

Управление навозом является одновременно активом и пассивом. Правильно компостированный и внесённый навоз — это отличное средство улучшения почвы: он возвращает питательные вещества и органическое вещество в пашню. Неправильно управляемый навоз загрязняет водные пути, производит парниковые газы и создаёт проблемы с запахами. Крупные хозяйства должны иметь планы управления питательными веществами для ответственного обращения с отходами.

Решения по разведению сельскохозяйственных животных

Начинающий фермер имеет 50 акров пастбищ и хочет разводить сельскохозяйственных животных для производства мяса. Он выбирает между небольшим стадом крупного рогатого скота и разведением птицы на пастбище (куры, содержащиеся в мобильных укрытиях, которые перемещаются по пастбищу).

Точное земледелие

Земледелие на основе данных

Точное земледелие использует технологии для принятия решений в сельском хозяйстве на детальном уровне: управление вариативностью внутри одного поля, а не обработка всего поля одинаково.

Навигация по GPS позволяет тракторам, сеялкам и опрыскивателям перемещаться по полям с точностью до долей дюйма. Системы автоматического вождения снижают наложение проходов, экономят топливо и ресурсы, а также позволяют операторам работать в условиях низкой видимости. GPS также обеспечивает картирование урожайности: комбайн записывает данные об урожайности в каждой точке поля, создавая карту, на которой отображаются зоны с высокой и низкой продуктивностью.

Дроны и аэрофотосъемка дают фермерам вид сверху на состояние посевов. Мультиспектральные камеры на дронах обнаруживают стресс, болезни и дефицит питательных веществ до того, как они станут видимы невооруженным глазом. Дрон может обследовать 500 акров за час: задача, на которую в пешем порядке ушли бы дни.

Датчики почвы измеряют влажность, температуру и уровень питательных веществ в режиме реального времени. Некоторые из них постоянно установлены в полях и передают данные по беспроводной связи. Эта информация управляет графиком орошения: полив осуществляется только там и тогда, когда это необходимо почве, а не по всему полю по таймеру.

Технология дифференцированного внесения (VRT) корректирует нормы внесения удобрений, семян и химикатов на лету на основе карт-рецептов. Если анализ почвы показывает, что в одном углу поля низкое содержание фосфора, разбрасыватель вносит его больше именно там и меньше там, где уровни достаточны. VRT снижает затраты на ресурсы и воздействие на окружающую среду, обеспечивая внесение нужного количества нужного продукта в нужное место.

Платформы данных агрегируют данные GPS, датчиков, дронов, урожайности и погоды в программное обеспечение для управления фермой. Фермеры используют эти платформы для отслеживания вносимых ресурсов, планирования севооборотов, сравнения эффективности гибридов и принятия долгосрочных решений. Сельское хозяйство становится таким же интенсивным по использованию данных, как и любая технологическая отрасль.

Применение технологий

У фермы площадью 1 000 акров, где выращивают кукурузу и сою, есть проблема: урожайность резко различается в разных зонах поля. В одних зонах урожайность кукурузы составляет 220 бушелей на акр, а в других — всего 140. Фермер вносит удобрения и семена в одинаковых дозах по всему полю.

Куда ведёт сельское хозяйство

Карьерные пути и образование в сельском хозяйстве

Сельское хозяйство — это не одна профессия, а целая экономика. Спектр возможностей охватывает всё: от традиционного земледелия «в поле» до разработки передовых технологий.

Фермер или скотовод: основа отрасли. Управление фермой или ранчо означает одновременное управление землёй, культурами, скотом, техникой, финансами, персоналом и погодными рисками. Семейные хозяйства, корпоративные фермы и программы для начинающих фермеров — все они предлагают точки входа. Многие успешные фермеры также ведут бизнес с прямыми продажами потребителям через фермерские рынки, подписки на CSA (сообщества, поддерживающие сельское хозяйство) и онлайн-продажи.

Агроном: учёный-специалист по культурам и почвам, который консультирует фермеров по вопросам выбора сортов, программ удобрения, борьбы с вредителями и оптимизации урожайности. Агрономы работают на семенных компаниях, компаниях по производству удобрений, в кооперативах или как независимые консультанты. Как правило, требуется бакалаврская степень по агрономии, наукам о культурах или почвоведению.

Специалист по распространению знаний (extension agent): связующее звено между университетскими исследованиями и работающими фермерами. Специалисты по распространению знаний работают на базе университетов, основанных по Закону о земле, и предоставляют образовательные услуги, техническую помощь и общинные программы в каждом округе. Им необходим прочный научный бэкграунд и отличные навыки коммуникации. Часто предпочтителен степень магистра.

Сельскохозяйственные технологии (ag tech): самый быстрорастущий сектор. Инженеры-программисты, специалисты по данным, операторы дронов и робототехники создают инструменты, обеспечивающие точное земледелие. Стартапы в сфере агротехнологий привлекли миллиарды долларов венчурного капитала. Если вы умеете программировать и понимаете сельское хозяйство, вы востребованы.

FFA (ранее Future Farmers of America) — это студенческая организация, которая развивает лидерские качества, профессиональные навыки и знания в области сельского хозяйства через конкурсы, контролируемый сельскохозяйственный опыт и общественные услуги. Отделения FFA действуют в старших школах и колледжах по всей стране.

Университеты, основанные по Закону о земле (Land-grant universities): такие учреждения, как Айовский государственный университет, Калифорнийский университет в Дэвисе, Техасский A&M университет, Корнеллский университет и Университет Пёрдью, были созданы специально для исследований и обучения в области сельского хозяйства. Они предлагают степени по агрономии, наукам о животных, сельскохозяйственному машиностроению, пищевой науке, сельскохозяйственной экономике и десяткам смежных областей. Многие предоставляют стипендии и оплачиваемые исследовательские возможности.

Планирование вашего пути

Связь сельского хозяйства с вашим будущим

Теперь вы знаете основы почвоведения, управления посевами, животноводства и технологий, трансформирующих отрасль.