Синтетические азотные удобрения в выращивании кофе

Каскадные последствия пандемии, давление в цепочке поставок и текущая ситуация в мире привели к резкому росту цен на азотные удобрения, по некоторым оценкам, на 300% с 2020 года. В результате сферы сельского хозяйства всех типов и размеров по всему миру сильно пострадали, в том числе и фермеры, выращивающие кофе.

Многие фермеры, выращивающие кофе, работают с минимальной маржинальностью, часто продавая кофе по цене ниже себестоимости, а также борются с изменением климата, вредителями и болезнями, которые угрожают их производству.

В отличие от некоторых других культур, цены на кофе не растут вместе с растущими ценами на удобрения, что ставит фермеров в еще более шаткое положение.

Современное выращивание кофе часто связано с ежегодным применением синтетических удобрений. Без этих ресурсов многим фермам не хватает плодородия почвы для производства плодородных культур.

Средняя норма азотных удобрений, используемых на кофейных фермах, сравнима с кукурузой, которая является одной из культур с самой высокой потребностью в азоте. Синтетические азотные удобрения, вносимые в таких дозах, вызывают множество негативных последствий, многие из которых со временем усиливаются.

Благодаря экологической нише кофейного дерева, предпочтительным климатическим условиям и физиологическим особенностям существует четкий путь к успешному выращиванию здоровых и обильных деревьев без использования синтетического азота.

Воздействие азотных удобрений на окружающую среду

Представляя кофейную ферму наши чувства не улавливают той роли, которую синтетические удобрения играют в этой среде, где повышение продуктивности может обойтись дорого как в финансовом, так и в экологическом плане. Последствия использования синтетических удобрений могут в конечном итоге поставить фермы на грань краха.

Многие люди будут удивлены, узнав, сколько азотных удобрений вносят в свои почвы кофейные фермы. Что еще более удивительно, так это то, что до 64% азотных удобрений, вносимых на кофейные поля, теряется в результате выщелачивания и улетучивания, а растение усваивает лишь около 25% азота. Азот, который выщелачивается через почвенный профиль, попадает в водоемы и грунтовые воды, загрязняя питьевую воду тех же самых фермеров и окружающих их сообществ.

Улетучивание синтетических азотных удобрений способствует выбросу закиси азота в атмосферу. Закись азота имеет потенциал нагревания атмосферы в 200 раз больше, чем СО2. Между тем, из-за нашего изменяющегося климата, площади, пригодные в настоящее время для производства кофе, по оценкам, сократятся более чем на 50% в течение следующих 30 лет. Кто бы мог подумать, что стандартные методы повышения плодородия почвы будут способствовать этому?

Органическое вещество почвы и устойчивость к засухе

Одной из уникальных особенностей выращивания кофе является отсутствие ирригационной [1] инфраструктуры на большинстве ферм за пределами Бразилии. Кофейные деревья полагаются на предсказуемые циклы дождей, чтобы каждый год давать урожай ягод. Неотъемлемой частью того, что делает это возможным, является высокое содержание органических веществ в типичной почве кофейной фермы, которая служит губкой для удержания и выделения воды растениям по мере необходимости. Каждый 1% увеличения органического вещества почвы может хранить 144 000 литров воды на гектар.

Между дождями и в засушливый сезон кофейные деревья могут получать доступ к воде, хранящейся в почве, посредством капиллярного действия точно так же, как вода поднимается по соломинке, лежащей в стакане.

Когда-то считалось, что синтетические азотные удобрения способствуют или, по крайней мере, поддерживают органическое вещество почвы. Тем не менее, несколько недавних долгосрочных исследований показывают, что эти удобрения вызвали чистое снижение содержания органического вещества в почве, даже при массовом добавлении остатков, т.е. органического вещества, в почву. Последствия для здоровья почвы в целом чрезвычайно велики, и для кофейных деревьев это представляет угрозу для устойчивости к климату и засухе.

Здоровье почвы и питание растений

Еще одна примечательная характеристика кофе заключается в том, что это одна из немногих культур, компенсация за которую может основываться на качестве.

В оптимальных условиях питания вторичные метаболиты [2], производимые кофейными деревьями, попадают в плоды и семена, определяя тем самым уникальные и насыщенные вкусовые характеристики, которые делают каждый кофе особенным. Ключом к созданию оптимальных условий питания является обеспечение доступности широкого спектра минералов для усвоения растениями через процветающую сеть почвенных микроорганизмов.

Чрезмерное количество синтетического азота, используемого на кофейных фермах, может препятствовать усвоению основных питательных веществ, таких как кальций, калий, бор, медь и некоторых других ключевых минеральных питательных веществ, которые связаны с качеством кофе.

К сожалению, это не односезонное явление. Сезонное применение синтетического азота подкисляет почву, вызывая стойкий дисбаланс питательных веществ в почве и потенциально токсичные условия. Химия внутри растений также негативно влияет. Повышенный уровень азота в соке растения снижает концентрацию фенольных соединений и других вторичных метаболитов растений, ответственных за создание уникального вкуса каждого кофе.

Эти же ароматизирующие соединения также отвечают за придание растениям иммуностимулирующих качеств, которые помогают бороться с болезнями и вредителями. Наиболее пагубное воздействие синтетических удобрений на почву заключается в уничтожении полезных микроорганизмов, ответственных за круговорот питательных веществ, построение структуры почвы и обеспечение иммунной поддержки растений.

На неподготовленный взгляд большинство кофейных деревьев выглядят яркими и здоровыми из-за темно-зеленых листьев и сочной растительности, возникающей в результате высоких доз азотных удобрений. Однако под фасадом многие из этих деревьев будут иметь непостоянное формирование плодов, неоднородный вкус и плохой иммунитет.

Биологическое выращивание кофе

Кофе как сельскохозяйственный товар уникален тем, что может расти рядом и в тени множества других видов деревьев. Это дает фермерам, выращивающим кофе, возможность получать дополнительные потоки доходов за счет других культур и обеспечивать изобилие плодородия прямо у своих ферм.

Во многих регионах Центральной Америки, где выращивают кофе, такие деревья, как Инга (Inga edulis) и Поро (Erythrina poeppigiana), замеченные издалека, могут указывать на наличие кофейных деревьев под их тенью. Inga и Poro являются членами семейства Fabaceae и обладают уникальной способностью преобразовывать атмосферный азот в биологически доступную форму азота в почве. Этот процесс называется биологической азотфиксацией [3].

Благодаря этому процессу азотфиксирующие деревья на кофейных плантациях могут вносить 60-350 кг азота на гектар (кг/га) из опавших листьев и остатков и еще 30-60 кг/га азота за счет фиксации в ризосфере [4]. Это может превышать рекомендуемые нормы синтетического азота, которые в зависимости от источника обычно не превышают 300 мкг/га, но в более доступной для растений форме, которая не выщелачивается и не улетучивается. Это связано с дополнительным преимуществом значительного увеличения содержания органического вещества в почве, улучшения круговорота питательных веществ и водоудерживающей способности. Для дальнейшего продвижения этого биологического маховика фермеры могут добавить в свои системы многолетние почвопокровные растения, фиксирующие азот, что добавит к перечисленным выше преимуществам и предотвратит эрозию почвы.

Чтобы в полной мере воспользоваться чудом биологической фиксации азота, фермерам необходимо понимать взаимодействие между почвенными минералами, физической структурой почвы и полезными почвенными микроорганизмами.

Азотфиксирующие растения образуют на своих корнях клубеньки, в которых размещаются ризобии (азотфиксирующие бактерии), совершающие чудесный подвиг по превращению инертного атмосферного азота в удобную для растений форму азота. Когда в этих корневых клубеньках происходит фиксация азота, они внутри становятся от розового до кроваво-красного цвета. Когда активная фиксация не происходит, узелки внутри будут бледно-сероватого цвета.

На многих фермах в тропиках, где плодородие системы было основано на фиксации азота, только для того, чтобы обнаружить неактивные корневые клубеньки. Причиной почти во всех случаях была нехватка доступных минералов, а именно кальция, меди, кобальта и железа — одних и тех же минералов, пострадавших от чрезмерного использования азотных удобрений. Все, кроме железа, обычно малодоступно в тропических почвах.

Первое препятствие, которое необходимо преодолеть для оптимизации фиксации азота, — обеспечить адекватное поступление этих четырех минералов. За счет увеличения органического вещества почвы и уравновешивания минералов почвы, называемых основными катионами, почвы заполняются поровым пространством. Поровое пространство действует как недавно застроенный район, состоящий из комфортабельных домов. После его строительства новые дома заселяются множеством полезных микроорганизмов. Они получают право работать в новом сообществе, перерабатывая питательные вещества, защищая растения от болезней и продолжая строить и обогащать почву.

Точный процесс оптимизации фиксации азота и общего круговорота питательных веществ в почве выглядит по-разному на каждой ферме. Часто для запуска системы потребуются другие ресурсы, такие как биостимуляторы, компост, микробные инокулянты[5]. Это не рецепт, а набор принципов, основанных на физиологии растений, минеральном питании и экологии почвы.

Finca San Jeronimo Miramar (FSJM), живописная кофейная ферма в Гватемале, является ярким примером перехода от зависимости от синтетических удобрений и пестицидов к полностью биологическому методу производства кофе мирового класса.

Они органично внедрили подход, основанный на том, чтобы соответствовать эксплуатационным возможностям фермы. Результаты говорят сами за себя. В FSJM заражение ржавчиной кофейных листьев исторически колебалось в пределах 20-40%, даже при использовании нескольких химических фунгицидов (вещества, борющиеся с грибком). После четырех лет отсутствия применения химических фунгицидов, улучшения питания растений и улучшения экосистемы почвы, ферма сообщила, что уровень заражения ржавчиной в настоящее время составляет менее 5%.

За тот же четырехлетний период полностью отказались от синтетических удобрений. Тем не менее, кофейные деревья демонстрируют роскошный рост даже в такие физиологически тяжелые периоды, как цветение и налив плодов. Самое главное, урожайность и качество плодов продолжают расти, а окружающая экосистема процветает.

Высокая стоимость синтетических удобрений в сочетании с ухудшением состояния растений и производительности многих кофейных ферм, должны служить веским аргументом в пользу необходимости использования здоровых почв.

К счастью, кофейные деревья обладают сверхъестественной способностью замечательно расти и давать обильные и высококачественные урожаи без присутствия синтетических азотных удобрений — факт, который должен вселять надежду на будущее кофе.

Статья переведена с dailycoffeenews.com

Column: Coffee Has a Nitrogen Fertilizer Dilemma

[1] ирригация – искусственное орошение земель, испытывающих недостаток влаги, для повышения
их плодородия.

[2] органические вещества, синтезируемые организмом, но не участвующие в росте, развитии или репродукции

[3] процесс связывания азота атмосферы с микроорганизмами

[4] Ризосфе́ра — узкий слой почвы, прилегающий к корням растения и попадающий под непосредственное действие корневых выделений и почвенных микроорганизмов, толщиной
около 2-5 мм.

[5] органические удобрения и минеральные добавки