Klimatas lemia žemės ūkio veiklą, o pastaroji - tiesiogiai ir netiesiogiai klimato kaitą. Šiltnamio dujų (NO₃, CH₄, CO₂) emisija pasaulio mastu dėl žemės ūkio veiklos sudaro apie 10-12 proc. viso dujų kiekio. Didelį susirūpinimą kelia didėjantis anglies dioksido (CO₂) kiekio dėl intensyvios žemės ūkio veiklos.

Daugelis mokslininkų ir gamybininkų pritaria teiginiui, kad žemės ūkio ekosistemos turi nemažą potencialą sukaupti (sekvestruoti) didelius kiekius anglies, neišskirdamos jų į atmosferą. Tačiau, būtina pažymėti tai, kad anglies dinamika žemės ūkio ekosistemose, ypač Lietuvos, dar yra labai mažai tyrinėta.

Žinoma, kad dirvožemyje yra 2 kartus daugiau anglies negu atmosferoje ir 3 kartus daugiau negu augaluose. Dirvožemio kvėpavimas yra vienas iš esminių rodiklių, siekiant įvertinti ekosistemų įtaką galimiems anglies pokyčiams dirvožemyje ir apibrėžti dirvožemio gyvybingumą.

Dirvožemio kvėpavimas

Tai vienas iš būdų angliai patekti į atmosferą. Šio elemento išsiskyrimą iš dirvožemio į atmosferą lemia įvairių procesų kompleksas: mikrobiologinis, augalų šaknų ir dirvožemyje gyvenančios faunos kvėpavimas. Be minėtų procesų, anglis išskiriama, irstant (pūvant) augalų šaknims ir visai organinės kilmės medžiagai, esančiai dirvoje ar ant jos paviršiaus.

Tiesa, žemės ūkio gamyboje, ko gero, svarbesnis yra atvirkštinis procesas - atmosferos anglies asimiliacija. Kuo intensyvesnė asimiliacija, tuo didesnė sekvestracija ir tuo mažesnė anglies emisija. Anglį suriša visi augantys ir fotosintezę vykdantys žalieji augalai. Dirvožemio kvėpavimas yra sudėtingas procesas. Viename lauke jis gali labai skirtis. Šis procesas priklauso ne tik nuo augalų rūšies, bet ir nuo jų biomasės kiekio. Dirvožemio kvėpavimui didelę įtaką turi dirvožemio drėgmės kiekis, temperatūra, tankis, struktūra ir net augalų šaknų išsidėstymo pobūdis bei jų gylis armenyje.

Žemės ūkyje taikomos žemės dirbimo sistemos (tradicinė intensyvi, organinė ir kt.) turi skirtingą įtaką anglies dioksido apykaitai dirvožemyje ir šių dujų emisijai į atmosferą. Lietuvos agrarinių ir miškų mokslo centro Žemdirbystės institute atlikti bandymai, kuriais nustatyta, kokios susidaro dirvožemio drėgmės sąlygos, temperatūra, kokia CO₂ emisija, taikant tradicinę ir ekologinę žemdirbystės sistemas.

Lauko bandymai atlikti Žemdirbystės instituto ilgalaikiuose tradicinės intensyviosios bei ekologinės žemdirbystės sistemų laukuose, kuriuose buvo auginami žieminiai kviečiai, raudonieji dobilai ir vasariniai miežiai.

Drėgmė ir temperatūra

Tyrimai atlikti 2009 ir 2010 metais. Meteorologinės sąlygos labai skyrėsi. 2009 m. balandžio mėnesio orai Dotnuvoje buvo šilti. Šilčiausias ir sausiausias buvo trečiasis dešimtadienis. Santykinė oro drėgmė dienomis tesiekdavo 21-32 proc. Nors naktys buvo šaltos, tačiau šalnų nebuvo užregistruota. Iš viso per mėnesį iškrito 104 proc. kritulių normos. Visą mėnesį produktyvios drėgmės atsargos dirvožemyje buvo didesnės už vidutinę daugiametę. Per gegužės mėnesį iškrito vos 25 proc. kritulių normos. Produktyvios drėgmės atsargos dirvoje mėnesio pabaigoje jau buvo artimos kritinėms (8-12 proc.). Normaliai augti drėgmės trūko ne tik vasariniams javams, bet ir žiemkenčiams bei daugiametėms žolėms. Gegužės mėnesio hidroterminis koeficientas buvo tik 0,4 (norma 1,4), birželį jis siekė 1,0 (norma 1,4). Iki mėnesio vidurio dirvos buvo sausos. Mėnesio viduryje palijus, produktyvios drėgmės atsargos 0-10 bei 0-20 cm dirvos sluoksniuose padidėjo ir buvo pakankamos augalams augti, o birželio trečiąjį dešimtadienį - drėgmės atsargų susikaupė net per daug. Liepos mėnesio orai buvo gana šilti. Kritulių iškrito 65 proc. normos. Gausiau palijo tik tris kartus. Liepos mėnesio hidroterminis koeficientas sudarė 0,8 (norma 1,5).

2010 m. balandžio mėnesį kritulių iškrito 120 proc. daugiamečio vidurkio. Ypač lietinga buvo pirmoji mėnesio dekada. Iškrito net 324 proc. kritulių normos. Nuo balandžio vidurio iki mėnesio pabaigos produktyvios drėgmės 0-20 cm dirvožemio sluoksnyje buvo užtektinai arba net per daug. Gegužės mėnesio pradžioje, atvėsus orams, sulėtėjo augalų augimas ir vystymasis, tačiau šiltesni negu įprasta ir drėgni antrosios dekados orai vegetaciją vėl suintensyvino. Per gegužės mėnesį iškrito 94,2 mm kritulių (daugiametis vidurkis - 51,8 mm). Dirvos buvo šlapios, o kai kur ir labai šlapios. Pažymėtina tai, kad atskiruose, ypač vasarinių miežių laukuose, javai pastebimai pradėjo gelsti ir jų augimas sulėtėjo dėl drėgmės pertekliaus. Dirvos pradžiūvo ir jose neliko paviršiuje stovinčio vandens tik birželio trečiosios dekados paskutinėmis dienomis. Tiesa, visą birželio mėnesį dirvos buvo gana drėgnos, nors vidutinė oro temperatūra pernai buvo 2,4 ºC didesnė negu 2009 metais.

Tokie kontrastingi orai lėmė labai nevienodą dirvožemio drėgmę, temperatūrą, evaporaciją bei kvėpavimą.

Dėl klimato kaitos šiltėjantis oras pagreitina augalų vystymąsi ir senėjimo procesą. Nustatyta, kad dėl padidėjusios temperatūros labiau mažėja grūdų derlingumas, o ne viso augalo biomasė. Javai ypač jautrūs aukštoms temperatūroms grūdų užsipildymo tarpsniu. Svarbus veiksnys augalų augimui yra ne tik oro, bet ir dirvos temperatūra, kurią lemia ir dirvos paviršiaus aplinka, ir joje augantys augalai.

Dirvožemio paviršiaus temperatūra tyrimo laikotarpiu (balandžio trečioji-liepos antroji dekada) 2010 m. buvo 2,2 ºC didesnė negu 2009 m. Augalų danga lėmė dirvos temperatūros skirtumus. 2009 m. tyrimų metu žemiausia temperatūra buvo dobilų laukuose. Žieminių kviečių pasėliuose ji buvo 3 ºC, o vasarinių miežių pasėliuose 4 ºC didesnė negu dobilų. 2010 m. dirvos temperatūra skirtinguose javų pasėliuose buvo tokia pati, o dobilų 1,7 ºC žemesnė negu javų lauke. Ekologiniuose laukuose dirvos temperatūra abejais tyrimų metais buvo 0,5-0,6 ºC mažesnė negu intensyviosios žemdirbystės laukuose.

Drėgmės kiekis dirvoje yra vienas iš svarbiausių veiksnių augalams augti. Nustatyta, kad oro temperatūrai padidėjus 1 ºC, vandens išgaruoja 2-3 proc. daugiau. Jei dirvoje drėgmės netrūksta, net ir padidėjus CO₂ kiekiui aplinkoje, augalai sėkmingai išgyvena sausros sukeltą stresą. Jei drėgmės dirvoje trūksta, augalai uždaro lapų žioteles, sulėtėja fotosintezės procesai. Tai neigiamai veikia augalų derlingumą.

Dirvos paviršiaus vidutinė drėgmė per visą tyrimų laikotarpį 2010 m. buvo 0,05 m³/m³ didesnė negu 2009 m. Didžiausia drėgmė 2009 m. nustatyta dobilų laukuose. Žieminių kviečių pasėliuose ji buvo 0,02 m³/m³, o vasarinių miežių pasėliuose 0,05 m³/m³ mažesnė negu dobiluose. Ekologinių javų pasėliuose dirvos drėgmė buvo didesnė negu tradicinės žemdirbystės, o dobilienoje iš esmės nesiskyrė.

Augalų rūšis 2010 m. neturėjo lemiamos įtakos dirvos drėgmės skirtumams dirvos paviršiuje. Tačiau ekologiniuose javų laukuose drėgmės buvo mažiau, o dobilienoje daugiau negu intensyviosios žemdirbystės laukuose.

Evaporacija ir CO₂ apykaita

Dirvos evaporacijos metu vanduo išgaruoja. Vandens molekulių virsmui iš skysčio į garus reikalinga energija, kurią suteikia tiesioginė saulės radiacija ir iš dalies aplinkos oro temperatūra. Pagrindinė jėga, skatinanti vandenį garuoti nuo drėgnų paviršių, yra skirtumas tarp vandens garų slėgio garuojančiame paviršiuje ir jį supančioje atmosferoje. Prasidėjus dirvos garavimui, aplinkos oras palaipsniui prisisotina vandens garų, toliau šis procesas lėtėja ir gali baigtis, jeigu drėgnas oras nebus perneštas į atmosferą. Drėgmės prisotinto oro sausėjimas labai priklauso ir nuo vėjo greičio. Taigi, saulės radiacija, oro temperatūra, drėgnumas ir vėjo greitis yra tie meteorologiniai parametrai, kuriuos reikėtų apsvarstyti vertinant garavimo procesus.

Skirtingas temperatūros ir drėgmės režimas lėmė nevienodą dirvožemio evaporaciją, t. y. dirvožemio vandens garavimą. Ir 2009, ir 2010 metais silpniausia evaporacija buvo laukuose, kuriuose buvo vešliausia augmenija, t. y. dobilų pasėliuose. Vasarinių miežių pasėliuose dirvos evaporacija buvo didžiausia. Suprantama, po jų sėjos beveik iki išsikrūmijimo dirvos nedengė augalų lapija, ją kur kas intensyviau gairino vėjas ir šildė saulė negu dirvų, kuriose augo žiemkenčiai ar raudonieji dobilai.

2009 m. dirvų evaporaciją labiausiai lėmė krituliai. Pernai ypač reikšminga buvo birželio 23 dieną Dotnuvos apylinkėse prasiautusi smarki lokali liūtis, kuomet per 2 valandas iškrito net 73 mm kritulių (mėnesio norma 62 mm). Vandens garavimas iš dirvų labai sulėtėjo, ypač ekologiniuose pasėliuose. Be to, po šios liūties ekologiniuose pasėliuose dirvų evaporacija, taip pat ir džiūvimas liko lėtesnis negu intensyviuose pasėliuose.

Ekologinė ūkininkavimo sistema galėtų būti įvardijama ne tik kaip žemės ūkio gamybos sistema, bet ir kaip tausojamoji aplinkosaugos bei klimato kaitos požiūriu.

Nepaisant to, kad 2010-ieji buvo gerokai šiltesni negu 2009 m., tačiau itin gausūs krituliai ir susidaręs drėgmės perteklius dirvoje lėmė 21 proc. silpnesnę pernykštę evaporaciją. Kylant oro temperatūrai, didėjo ir dirvos paviršiaus temperatūra, todėl prasidėjus intensyviam šlapių dirvų garavimui aplinkos oras gana greitai prisisotino vandens garų ir dirvos evaporacija buvo nedidelė. Išties santykinė oro drėgmė nuo balandžio pabaigos iki birželio pabaigos buvo beveik 12 proc. didesnė negu tuo pačiu laikotarpiu 2009 m. Šis procesas dar labiau sulėtėdavo gausiau palijus. Nuo birželio pabaigos prasidėję sausi ir karšti orai (birželio 28-liepos 14 dienomis teiškrito 8,1 mm kritulių, dienos oro temperatūra buvo didesnė kaip 26 ºC, saulėtų valandų per šį laikotarpį buvo 240) smarkiai suintensyvino dirvų evaporaciją ir jų džiūvimą. Tiesa, ekologiniai pasėliai po šios liūties lėčiau garino dirvos drėgmės perteklių nei pasėliai, kuriuose buvo taikoma tradicinė intensyvi žemdirbystės technologija.

Tyrimuose buvo nustatytas ir dirvožemio CO₂ dujų apykaitos intensyvumo lygis. Jis parodo dirvožemio kvėpavimo intensyvumą ploto vienete ir anglies gebą dalyvauti augalų fotosintezės bei dirvožemio organinės medžiagos gausinimo procesuose. 2009 metais, pasižymėjusiais sausu pavasariu, dirvožemio kvėpavimas ekologiniuose laukuose (neišskiriant augalų rūšies) buvo šiek tiek intensyvesnis negu tradicinės žemdirbystės laukuose. Vertinant augalų įtaką, intensyviausias kvėpavimas nustatytas miežių laukuose, šiek tiek mažesnis žieminiuose kviečiuose. Raudonųjų dobilų žolyne jis buvo mažiausias, ypač iki pirmojo gausesnio lietaus birželio 7 ir 9 dienomis. Šie krituliai ypač suintensyvino dirvožemio kvėpavimą ekologiniame dobilų žolyne, o intensyviame žolyne šis pokytis buvo perpus mažesnis. Po pirmosios dobilų pjūties, nepaisant jau pakankamos dirvos drėgmės, vis tik gyvybingesnis buvo ne ekologinės, bet intensyvios žemdirbystės dobilienos laukas. Dirvožemio kvėpavimas iki minėtojo lietingojo periodo nei žieminių, nei vasarinių javų pasėliuose nesiskyrė, tačiau vėliau, padidėjus drėgmei, ekologiniuose laukuose buvo didesnis CO₂ apykaitos intensyvumas ir dirvožemio gyvybingumas negu tradiciniuose pasėliuose.

2010-ieji buvo itin nepalankūs dirvožemyje vykstantiems gyvybiniams procesams. Dėl gausaus ir dažno lietaus dirvos buvo šlapios ar net labai šlapios. Dėl šios priežasties per visą tyrimo sezoną dirvožemio CO₂ dujų apykaitos intensyvumas buvo ypač žemas. Drėgnais metais CO₂ dujų apykaitos intensyvumas skirtingo intensyvumo žemdirbystės laukuose ir skirtingų augalų pasėliuose nesiskyrė. Javai dėl drėgmės pertekliaus pradėjo gelsti, ypač ekologiniuose laukuose. Intensyvios žemdirbystės laukuose šis reiškinys nebuvo toks ryškus. Jį sumažino javų tręšimas azoto trąšomis.

Sistemų poveikio palyginimas

Apibendrinant galima teigti, kad ekologinė ūkininkavimo sistema skirtingomis agroklimato sąlygomis lėmė žemesnę dirvos temperatūrą. Sausringomis sąlygomis (ypač pavasarį) ekologinių javų pasėliuose dirvos drėgmė buvo didesnė negu tradicinės žemdirbystės pasėliuose, o dobilienoje iš esmės nesiskyrė, tačiau, esant drėgniems metams, ekologiniuose javų laukuose dirvos drėgmė buvo mažesnė, o dobilienoje didesnė negu intensyviosios žemdirbystės laukuose. Dirvožemio evaporacija sausringomis sąlygomis silpniausia buvo laukuose, kuriuose buvo vešliausia augmenija, t. y. dobilų pasėliuose. Vasarinių miežių pasėliuose ji buvo didžiausia. Drėgnais metais gausūs krituliai, didelė oro santykinė drėgmė ir susidaręs drėgmės perteklius dirvoje lėmė 21 proc. silpnesnę evaporaciją negu sausais metais. Metais, pasižymėjusiais sausu pavasariu, dirvožemio kvėpavimas ekologiniuose laukuose (neišskiriant augalų) buvo šiek tiek intensyvesnis negu tradicinės žemdirbystės laukuose. Drėgnais metais CO₂ dujų apykaitos intensyvumas buvo labai žemas ir nesiskyrė nei skirtingo intensyvumo žemdirbystės laukuose, nei skirtingų augalų pasėliuose.

Prognozuoti ateities klimato pokyčius yra sunku. Šiuo metu yra daug galimos klimato kaitos scenarijų. Jeigu klimatas keisis šiltėjimo ir sausėjimo linkme, tuomet ekologinių pasėlių dirvožemis turėtų būti gyvybingesnis. Jeigu klimato kaita lemtų didesnį kritulių kiekį augalų vegetacijos metu, tuomet dirvožemio gyvybiniai procesai ekologinėje ir intensyvioje žemdirbystės sistemose nesiskirtų. Tokiu atveju ekologinė žemdirbystės sistema būtų  pranašesnė tik dėl geresnės produkcijos kokybės.

D. Feizienė, V. Feiza

Mano ūkis, 2011/02