Часто мы сфокусированы только на микрофлоре, которая обеспечивает разложение растительных остатков и антогонистическую супрессивную активность почвы. При этом агрономическая служба фокусируется либо на целлюлозолитических процессах, либо на фитосанитарных аспектах. Но на самом деле биота почвы дает на много больше. Относительно новое понятие «здоровье почвы» характеризует способность почвы функционировать как живая система, поддерживая жизнедеятельность растений и животных, улучшать качество воды и воздуха, а также здоровье растений и животных в рамках экосистемы. (Doran and Zeiss, 2000).
Слово «здоровье» изменило восприятие. Почву перестали воспринимать как инертную, безжизненную среду для выращивания, хотя, как правило, именно так её представляет современное интенсивное земледелие. Почва – это живая, динамичная, постоянно меняющаяся окружающая среда.
Ведущие российские ученые Елена Александровна Соколова, ученый агроном по защите растений (РГАУ-МСХА им. Тимирязева), кандидат биологических наук, доцент, выпускник Insead, создатель неформального научного сообщества «Здоровье почв» и Александр Николаевич Игнатов, ученый агроном по защите растений (РГАУ-МСХА им. Тимирязева), доктор биологических наук, профессор, участник неформального научного сообщества «Здоровье почв» порассуждали об актуальности понимания почвенного микробиома.
Общаясь с агрономами ученые выяснили, что, как правило, они сконцентрированы на процессах азотофиксации или нитрификации, аммонинификации, которые происходят в почве. Также при фитосанитарных анализах ошибкой является оценивать только грибную флору. Важно изучить весь комплекс, который определяет функции почвы в том числе.
К функциям почвы относится разложение растительных остатков и борьба антогонистов и фитопатогенов. Но есть еще та часть микробиоты почвы, которая влияет непосредственно на растение. Причем влияет положительно. Да, конечно, азотофиксация – это важно, но кроме нее именно микробиота почвы обеспечивает растение растворимыми питательными веществами, в частности, фосфором.
Она включена в цикл преобразования элементов азота и влияет на растение, повышая их устойчивость и стимулируя рост. Без микробиоты почва фактически мертва, поэтому очень важно, чтобы в почве были те виды, которые обеспечивают её нормальное функционирование и доступность питательных веществ, стимулирование роста, синтез аналогов гормонов растений. Это все хорошо известно, но обычно бывает недооценено, поскольку разные виды микробиоты обладают сходными функциями.
Rhizobium leguminosarum – симбионтные бактерии, которые через клубеньки обеспечивают бобовые азотом. Сейчас интересным направлением является изучение Azospirillum – ассоциативных бактерий, которые способствуют росту растений.
В каждой конкретной почве есть свои виды бактерий, которые включены в цикл азота. Их нужно подбирать, глядя на конкретные условия почвы и на культуры. Только таким способом можно повысить продуктивность почвы и снять проблемы, связанные с болезнями. Супрессивность почвы – это интегральный показатель, который определяется многими компонентами. Этот условный показатель признают не все почвоведы, но он важен не с хозяйственной, а с агрономической точки зрения. То есть если есть повышение урожайности и снижение болезней, значит есть антогонисты и супрессивность.
Часто в почвах могут быть бактериальные компоненты, которые подавляют рост патогенных грибов, но они же могут подавить и некоторые полезные компоненты, в частности, триходерму, которую аграрии вносят в почву для разложения растительных остатков. Требуется отдельное изучение и подбор для конкретного региона и конкретной почвы наилучших решений. Azospirillum, наверняка, будут полезны для какого-то определенного региона. Я не могу сказать, что они в любом месте будут давать одинаково хороший результат.
Чем больше мы будем знать о почве, тем точнее мы можем выбрать наилучший способ решения проблем почвы, то есть повышения здоровья почвы и, как следствие, повышение урожайности сельхозкультур.
Где золотая середина между микологическим и метагеномным анализом почвы? С точки зрения методов, традиционный микологический анализ и метагеномный кажутся двумя крайностями. На самом деле у каждого анализа есть свое место, и есть свое значение с точки зрения объема информации и ее совместимости.
Вышеуказанные методы отлично дополняют друг друга. Если подходить к анализу микробиоты почвы с точки зрения логики и современных технических возможностей, метагеномный анализ дает комплексную оценку всего, что присутствует в почве. Естественно, он достаточно дорогой и использовать его на каждодневной основе нерентабельно и не нужно. Но при этом он дает полную картину по всем видам, которые присутствуют в почве.
Если аграрий сделает два метагеномных анализа в динамике, то увидит, как меняется микробиота в весенний и летний периоды и, таким образом, получить абсолютную информацию о состоянии микроорганизмов в почве. Далее уже можно использовать более привычные и простые методы. Это даст возможность сопоставлять данные микологического и микробиологического анализов с полным списком тех видов, которые есть в почве.
Такой подход позволит нацелиться на наиболее важные виды для супрессивности почвы, эффективного роста культуры, фиксации азота. То есть как дополнительный вид анализа, микологический и микробиологический анализы, конечно же, являются первым выбором для ученого, агронома-практика. Но использовать их лучше было бы на основе уже проведенного метагеномного анализа. Это не так уж и дорого в современных условиях. Сейчас успешное хозяйство вполне может себе позволить провести такой анализ и получить точку отсчета, от которой можно дальше уже планировать агрономические мероприятия – внесение органических удобрений, использование биопрепаратов.
Все три анализа нужны. Если мы отказываемся от какого-то из этих видов анализа, то ограничиваем себя в объеме и качестве данных. Например, сейчас многие фитопатогенные грибы не дают спороношение, при этом мицелий активно развивается в растениях, в почве, но его нельзя идентифицировать по спороношению, а это важно, поэтому нужен генетический анализ. Но делать его только ради одного вида не рентабельно. Только если аграрий точно знает, что какой-то один неспороносящий вид вызывает болезни растений. Можно попытаться определить его без метагеномного анализа, просто сделав ПЦР с секвенированием ключевых таксономических генов.
Метагеномный анализ используют во многих областях: в медицине, в нефтяной промышленности, при анализе пищевых продуктов. Он позволяет получить полный спектр видов, которые присутствуют в почве. Без него сложно догадаться, какие именно бактерии вызывают проблему. Именно в этом достоинство метагеномного анализа.
Все методы диагностики, которые используются в стандартных диагностических лабораториях, основаны на том, что мы предполагаем, что растения у нас заражены двумя тремя видами и мы покупаем набор для диагностики этих видов. Тратим много денег на это. И потом получаем отрицательный результат и оказываемся ни с чем. Мы видим, что у нас есть проблема, мы потратили деньги на анализ и ничего не получили. Таким образом мы возвращаемся к исходной точке, когда должны снова проводить диагностику.
Правильным будет рассматривать метагеномный анализ как рутинный анализ, который дает максимальные объемы информации и позволяет выбрать и правильные методы и селективные среды и целевые виды, на которые позже можно сделать ПЦР, серологический анализ или даже фитопатологический анализ, используя растения-индикаторы. То есть, зная виды патогенов, можно подобрать восприимчивое растение и оценивать общую супрессивную активность почвы именно на целевых видах.
К сожалению, часто бывает так, что сельхозпроизводители пытаются оценить степень индуктивности почвы, то есть способности вызывать заболевания, но используют устойчивые виды индикатора, они замечательно растут и никакой информации о состоянии почвы не дают. Поэтому при фитопатологической оценке надо знать, с чем мы имеем дело, какие виды растений могут оказаться восприимчивыми к тем патогенам, которые присутствуют в почве.
В конечном итоге оптимальная комбинация анализов позволит подтвердить патогенность, вирулентность и супрессивность почвы.
Делать анализ почвы на микробиоту можно через две недели после прогрева почвы до 10 градусов. Это начало активной фазы роста и развития растений, когда они начинают выделять продукты фотосинтеза через корневую систему, идет активный рост всех компонентов микробиоты после зимы.
Но, проблема в том, что одна точка для анализа микробиоты почвы малоинформативна. Полезная и, скажем, фоновая сопрофитная микробиота и микробиота, которая взаимодействует с растениями, меняются в соответствии с разными факторами, их динамика разная. Поэтому вторую точку отбора нужно взять в тот момент, когда растение вносит в почву максимальное количество тех самых продуктов фотосинтеза, то есть органических веществ, которые используются микробиотой для питания.
Соответственно, если в почве есть фитопатогенные организмы, именно в этот момент на пике роста растений на поле целевой культуры мы получим максимальную популяцию интересную для анализа компонентаов микробиоты, поэтому где-то в середине лета перед уборкой урожая нужно сделать обязательно отбор почвы снова. И именно по динамике основных видов можно будет сказать, супрессивная почва или индуктивная.
Более того, по данным зарубежных ученых, эта динамика и состояние почвы в середине лета имеет прямую корреляцию с урожаем следующего года. Оставим это утверждение на их совести, но это заключение сделано на основе анализа десятилетних данных по озимой пшенице для более продуктивных почв.
В агрономии и науке о почве нет абсолютных истин. Каждое место и каждый год уникальны, но при этом есть общие тенденции, есть закономерность, которую нужно учитывать и попытаться использовать их в своей оценке состояния и здоровья почвы.
Если стоит задача оценить статус почвы для озимой культуры, мы оцениваем почву под предшествующей яровой культурой с момента возобновления вегетации, с момента того как почва нагрелась до 10 градусов и проходит две недели. Следующий момент отбора на биоту и на наличие фитопатогенов – это максимум развития яровой культуры, которая и есть предшественник для озимой. Эти два результата анализов покажут статус почвы, фитосанитарные риски, которые есть на данном поле, и что ждет в конечном счете семена озимых культур, которые мы посеем,
По аналогии со здоровьем человека здоровую почву можно классифицировать как состояние комплексного благополучия с точки зрения биологических, химических и физических свойств. Здоровая почва не поражена болезнями и не ослаблена, не деградирована и не деградирует, более того – сопротивляется деградации и в полной мере реализует свой потенциал. Здоровая почва обеспечивает полный спектр своих функций, в том числе круговорот питательных веществ, углерода и воды.