Viens no nozīmīgākajiem pētījumiem SOILGUARD ietvaros būs vērsts uz to, lai uzlabotu mūsu izpratni par kombinēto klimata stresa faktoru (sausuma un karstuma viļņu) ietekmi uz augsnes bioloģisko daudzveidību. Katrā ES NUTS-2 reģionā, kas tiek pētīts SOILGUARD ietvaros, tiks uzstādīta klimata simulācija uz lauka. Šis eksperimentālais plāns ļaus mums novērtēt reģionam raksturīgo nākotnes klimata apstākļu ietekmi uz augsnes bioloģisko daudzveidību, daudzfunkcionalitāti un salīdzināt, kā šī ietekme atšķiras starp dažādiem augsnes apsaimniekošanas veidiem (piemēram, tradicionālo un bioloģisko apsaimniekošanu lauksaimniecības teritorijās). Šie dati tiks apvienoti ar mašīnmācīšanās rīkiem, lai palielinātu prognozējošo augsnes apsaimniekošanas ietekmi uz augsnes bioloģisko daudzveidību un ekosistēmas pakalpojumu sniegšanu nākotnes klimatiskajos apstākļos. Tam būs izšķiroša nozīme, lai pierādītu augsnes bioloģiskās daudzveidības potenciālu kā uz dabu balstītu risinājumu.
Izmantojot teritorijas, kas noteiktas saskaņā ar LUCAS augsnes informācijas krātuvi un pēc īsām intervijām ar zemes īpašniekiem un pārbaudēm uz lauka, UMH SOILGUARD komanda paņēma augsnes paraugus no 10 labības parauglaukumiem ar tradicionālo apsaimniekošanu un 10 ar bioloģisko apsaimniekošanu NUTS-2 reģionā Mursijā (Spānija). Paraugi tika nosūtīti dažādiem SOILGUARD partneriem visā Eiropā, lai analizētu augsnes īpašības, piemēram, mazizmēra posmkāju saturu, augu un mikroskopisko sēnīšu augsnes agregāciju, DNS daudzveidību, taukskābes, organisko vielu saturu, mikrobioloģiskās biomasas oglekli, pamata augsnes elpošanu un dažas fermentatīvas aktivitātes, kā arī pieejamo fosforu, tilpuma blīvumu un rupjo fragmentāciju.
2022. gada ražas sezonā (jūnijs – augusts) mēs veicām sausuma klimata pārmaiņu simulācijas divos blakusesošos parauglaukumos no iepriekšminētajām 20 teritorijām. Galvenā atšķirība starp tiem bija kultūraugu apsaimniekošana (viena bioloģiskā, otra konvencionālā pēc agroķīmisko līdzekļu lietošanas pēdējo 10 gadu laikā). Simulāciju veica, ierīkojot nelielas siltumnīcas, kas paredzētas tā, lai izslēgtu lietu, bet ne vēju un tādējādi uzturētu tādu pašu temperatūru iekšpusē kā ārpusē. Trīs mēnešu laikā mēs simulējām sausumu, kas ir par 80% mazāks salīdzinājumā ar nokrišņu daudzumu, tomēr mums nācās apūdeņot 18 l/m² no nojumēm, jo vasara bija neparasti karstāka un sausāka nekā izmantotajā klimata pārmaiņu modelī (RCP 4.5). Abos gadījumos kultūraugi cieta no ūdens trūkuma, kas atspoguļojās ražā. Tā kā pāreja uz bioloģisko lauksaimniecību ir tik agri uzsākta, augsnes vēl nav pietiekami noturīgas, lai stātos pretī klimata pārmaiņu ietekmei, kas šajā reģionā jau ir novērojama.
Divos blakus esošos un līdzīgos (viens bioloģiskais, otrs konvencionālais) ilgtermiņa lauka izmēģinājumos, kuros salīdzināti dažādi augsnes apstrādes veidi, 2022. gadā tika veiktas SOILGUARD klimata simulācijas, koncentrējoties uz agronomiskā sausuma simulāciju, kas klimata pārmaiņu dēļ, domājams, būs sastopams aizvien biežāk. Bioloģiskā lauka simulācijas tika veiktas uz lauka ar labu augsnes struktūru un apsaimniekota, izmantojot augsnes apstrādi bez apvēršanas. Tradicionālais lauks saturēja sablīvētu augsnes zonu, un tas tika uzarts.
Simulācija tika veikta kartupeļu stādījumos 3 mēnešu periodā (no 2022. gada maija līdz augustam), ierīkojot īpašas lietus nojumes (atvērtas augšpusē, kas izraisa sausumu, bet novērš karstuma uzkrāšanos). Nokrišņu daudzums zem nojumēm (izmantojot lietusgāžu simulatoru, ko parasti izmanto erozijas izpētē) tika samazināts līdz aptuveni pusei no nokrišņu daudzuma, salīdzinājumā ar nokrišņu daudzumu uz nenosegtajiem laukiem. Kopējais nokrišņu daudzums zem nojumēm bija aptuveni 35 l/m². Brīvā dabā simulācijas periodā nokrišņu daudzums bija aptuveni divreiz lielāks. Abos gadījumos kultūraugi cieta no ūdens trūkuma, kas atspoguļojās ražā. Šajos sausajos apstākļos raža bioloģiskajā laukā bija ievērojami lielāka nekā konvencionālajā laukā.
NUTS-2 Vidējā Jitlandes reģionā ar kontinentālo klimatu sausuma un karstuma viļņu simulācijas tiek veiktas divos laukos – vienā konvencionālajā un vienā bioloģiskajā.
Sausums
2022. gadā abos laukos tika audzēti vasaras mieži. Lai izveidotu 3 mēnešu sausuma periodu, katrā laukā tika izvietotas 3 nojumes (3×5 m). Šajā laikā nojumes tika noņemtas divas reizes, ļaujot izmēģinājuma laukiem saņemt aptuveni 46 un 39 mm lietus attiecīgi konvencionālajos un bioloģiskajos laukos. Pēc sausuma perioda augsnes paraugus ņēma no 6 parauglaukumiem 50 x 50 cm, pa 1 parauglaukumam katrā nojumē un 3 parauglaukumi ārā dabiskajos apstākļos.
Augsnes paraugi tika nosūtīti uz dažādām SOILGUARD partnerinstitūcijām fizikālo, ķīmisko un bioloģisko analīžu veikšanai. Sausuma eksperiments tiks atkārtots 2023. gadā.
Karstuma vilnis
2022. gadā Dānijā tika veikti 5 karstuma viļņu izmēģinājuma testi, izmantojot nojumēs uzstādītos infrasarkanos un oglekļa kvēldiegu sildītājus. Temperatūra tika mērīta augsnē, zemes līmenī un gaisā zem sildītājiem, kā nojumju pretējos galos un ārpusē.
Pamatojoties uz šiem eksperimentiem, tika pieņemti lēmumi 2023. gadā izveidot karstuma viļņu simulācijas Latvijā, Īrijā, Beļģijā, Ungārijā un Dānijā. Katrā nojumē tiks uzstādīti 6 infrasarkanie sildītāji, un 3 mēnešu sausuma perioda beigās tiks simulēts 5 dienu karstuma vilnis.
Latvijā (NUTS – 2 Boreālais reģions) izmēģinājumi tika organizēti bioloģiskajos un konvencionālajos laukos. Ziemas kvieši tika audzēti abās sistēmās. Katrā no audzēšanas sistēmām augi tika audzēti gan atklātā laukā, gan zem nojumēm. Zem nojumēm augus laistīja, pamatojoties uz NOA izstrādāto scenāriju.
Augsnes paraugi tika ņemti kviešu ziedēšanas laikā, ražas novākšanas laikā un mēnesi pēc ražas novākšanas, un nosūtīti uz dažādām SOILGUARD partneru iestādēm fizikālo, ķīmisko un bioloģisko analīžu veikšanai. Sausuma un karstuma viļņu eksperimenti tiks turpināti 2023. gadā.
Ungārijā tika noslēgts pirmais eksperimentālais gads. Eksperimenta 3-3 parauglaukumos gan bioloģiskās, gan konvencionālās augkopības sistēmas tika nosegtas ar lietus nojumēm, lai nepieļautu lietus ūdens nokļūšanu tādā veidā, simulējot sausuma apstākļus. Tikai prognozētais ūdens daudzums, saskaņā ar NOA aprēķināto klimata pārmaiņu scenāriju šim konkrētajam reģionam, tika izmantots apūdeņošanai zem nojumēm. Kontroles paraugi tika ievākti 3-3 bioloģiskajos un konvencionālajos parauglaukumos netālu no nosegtajām platībām.
Otrajā eksperimenta gadā sausuma simulācija zem nojumēm tika papildināta ar infrasarkanajiem sildītājiem, lai simulētu arī karstuma viļņus. Paraugi tika ievākti no katra parauglaukuma, un pašlaik notiek augsnes paraugu analīze un datu izvērtēšana.
Eksperimenta vieta Somijas centrālajā daļā sastāv no 50 m * 50 m lieliem izpētes parauglaukumiem, kas atrodas viens otram blakus un starp kuriem ir stigas. Tika salīdzinātas mežaudzes, kur veikta atsevišķu koku izciršana (single-tree selection), retināšana no apakšas un nesen veiktu kailciršu salīdzinājums. Šajās mežaudzēs dominē Norvēģijas egle. Šis izmēģinājums tika uzsākts 1986. gadā (Laiho et al. 2011, Forestry 84: 547-556) Līdz ar to dominējošo koku vecums nevienmērīgā vecākaugu mežsaimniecības režīmā ir aptuveni 40 gadi (CCF40). “Ilgtspējīgā” apsaimniekošana tiek salīdzināta ar dažādu stadiju “konvencionālajām” vienmērīga vecuma mežaudzēm: retināšana no apakšas (pirms 40 gadiem, T40), kailcirtes (pirms 12 gadiem, TSW12) un kailcirtes (pirms 12 gadiem, T12). Sausuma simulācijas katram variantam tiek veiktas tīs atkārtojumos un salīdzinātas ar blakus esošajām kontroles platībām.
Īrijā klimata simulācija uz lauka tika veikta ganībās, kas tika izmantotas Teagasc pētniecības centrā (Johnstown Castle, Co. Wexford). Simulāciju veica Īrijas dienvidu NUTS-2 reģionā, kur ir mērens okeāniskais klimats ar vēsturiski bagātīgu nokrišņu daudzumu un temperatūras ekstrēmumu trūkumu. Tomēr pēdējos gados šajā reģionā ir bijuši vairāki sausuma gadījumi, kas būtiski ietekmējuši lauksaimniecības produktivitāti.
Lai saprastu, kā augsnes bioloģiskā daudzveidība un funkcijas reaģēja uz simulēto sausumu un karstuma viļņiem Īrijas lauksaimniecības pļavās, augsnes paraugi tika ņemti no āboliņa zālāja, gan vairāku sugu zālāja ganībām.. Vairāku sugu zālājus veidoja L. perenne, P. pratense, T. repens, T. pratense, C. intybus un P. lanceolata maisījums, kas sniedz augstu ražu, izmantojot mazāku mēslojuma daudzumu, un ir saistīts ar zemākiem barības vielu zudumiem vidē.
Katrā aplokā mēs izveidojām kontroles parauglaukumu ar lietavām, kā arī sausuma/karstuma viļņu varianta parauglaukumu. Mēs atkārtojām paraugu ņemšanu pirms sausuma/karstuma viļņa simulācijas, tās laikā un pēc tās, lai izmērītu un novērotu, kā augsnes mikrobioloģiskā daudzveidība reaģēja uz klimatisko stresu. Simulācijas eksperiments Īrijā joprojām turpinās, un mēs šovasar īstenosim karstuma viļņu stresu.