Термин «качество почвы» в агрономии стали широко применять в 1990-х годах. Однако сейчас ученые и агрономы-практики все чаще используют новое понятие — «здоровье почвы». Последние научные открытия в области биологии и физики заставили по-новому взглянуть на главный ресурс растениеводства — почву. Этот новый взгляд дает понимание, как «исцелить» деградированные почвы и получить высокий и очень высокий урожай сельскохозяйственных культур.
Из нашей статьи вы также узнаете, что:
Понятие «здоровье почвы» впервые было введено в теорию и практику 22 года назад биологами Дораном и Зейцом. Они предложили рассматривать почву не как «землю», а как некую субстанцию и живую систему. Термин «здоровье почвы» заменил собой выражение «качество почвы», существовавшее в 1990-х годах. В прежнем понятии внимание было сосредоточено на функциональных характеристиках почвы, например, качестве почвы для выращивания кукурузы.
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. Оказалось, что почвы, очень плодородные с точки зрения урожайности сельскохозяйственных культур, также оживлены с биологической точки зрения.
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. Восстановление здоровья почвы — одна из базовых основ для перехода на технологию Nо-Till в хозяйствах.
На первый взгляд эти рассуждения могут показаться абстрактными, но, воспринимая почву как живую экосистему, мы можем объяснить многие явления, свидетелями которых становимся.
Например, низкий коэффициент усвоения минеральных удобрений. КПД азота в среднем в мире — около 33%. То есть мы вносим три центнера селитры, а растения поглощают только один центнер. Два центнера, считай, — деньги на ветер. У фосфорных удобрений КПД ещё ниже — 11%.
Белорусские учёные заметили, что минеральные удобрения в какой-то момент повышают, а в какой-то, наоборот, снижают урожайность сельхозкультур. Почему это происходит? Если мы будем рассматривать этот процесс с точки зрения гидропоники, то не сможем этого объяснить. А если с точки зрения биологии, подразумевая, что все внесённые удобрения «сыплются на голову» почвенной биоте, ответ будет найден.
Всё в природе связано в биологические циклы. Когда мы вносим минеральные удобрения в почву, биота включает их в свой жизненный цикл. Если вносить большие дозы минеральных удобрений, микроорганизмы, обеспечивающие биологические процессы азотом за счет азотофиксации, просто перестают работать, а в отношении избыточного минерального азота они будут просто переводить его в газообразное состояние и удалять из почвы.
Наша задача — научиться вносить ровно столько удобрений, чтобы не нарушать природные процессы. Этого можно достичь разными методами, например, работая небольшими дозами по листу. (т.е. по месту употребления, основному месте синтеза белка и биомассы)
Ещё один важный вопрос: чем питаются растения? В базовой системе представлений, которыми оперирует современная сельскохозяйственная наука, обеспечивающая функционирование интенсивной системы сельского хозяйства, главным является то, что растения будто бы питаются исключительно минеральными солями, в основном, азота, фосфора и калия. Это точка зрения сформировалась более 100 лет назад (автор теории — немецкий ученый Юстус Либих). С тех пор мы пытаемся регулировать урожайность исключительно с помощью минеральных удобрений. Но растения питаются не только минеральными солями.
В XIX веке появилась теория миксотрофного питания — органического и минерального — профессора кафедры сельского хозяйства Московского университета Я.А. Линовского (1818-1846). Учёному удалось объединить идеи А.Тэера (1752-1828) — автора гумусовой теории питания растений и Ю.Либиха (1803-1873) — автора минеральной теории питания. Он утверждал, что растения обладают способностью питаться как минеральными солями, так и органическими соединениями.
К глубокому сожалению, в современных вузовских учебниках эта теория не рассматривается, и агрономам не преподается. Но неслучайно современная аграрная практика подразумевает активное применение препаратов с аминокислотами, особенно при некорневых обработках растений и обработке семян. Аминокислоты являются органическими соединениями, которыми питаются растения.
Мне удалось найти стройное объяснение этому только в учебнике Московского государственного университета «Биология почв» И.П. Бабьева и Г.М. Зенова, вышедшего в трёх изданиях. Мы же активно используем для сельского хозяйства органические препараты — и растения их съедают! Есть и другие примеры — обработка растений вытяжкой компоста калифорнийских червей, обогащенного органическими соединениями, например. Есть большой список подобных препаратов, а также препараты, приготовленные на основе отходов боен и крови животных.
Когда мы рассматриваем почву как живую систему, мы понимаем, что в почве живёт огромное количество живых существ — тонны на гектар. Средний срок жизни биоты в почве — 14 дней. Отмирая, она становится питательным органическим бульоном, который поглощают корни растений. Чем больше живых существ в почве, тем больше органического питания. 30 тонн живой биомассы в почве дают растениям поступление 2 тонн питательного «куриного бульона» на гектар в день. В «мертвых» почвах, где всего 1,5 тонны биомассы на гектар (такое часто бывает), растения могут рассчитывать только на питание солями вносимых извне дорогостоящих минеральных удобрений.
Корни растений постоянно находятся в окружении микроорганизмов, которые создают своеобразный «чехол» — ризосферу, и являются трофическими посредниками между почвой и растением. Именно микроорганизмы превращают трудноусвояемые растением соединения в мобильные, оптимальные для поглощения и метаболизма. По образному выражению советского микробиолога, бактериолога и почвоведа - основателя кафедры биологии почв МГУ Н.А. Красильникова (1896—1973), микроорганизмы, населяющие ризосферу растений, напоминают органы пищеварения животных, вывернутые наизнанку.
Ризосферные микроорганизмы мобилизуют элементы питания, фиксируют азот из атмосферы, ассимилируют корневые экссудаты, продуцируют антибиотические вещества. Процессы, проходящие в ризосфере, являются ключом к доступности питательных веществ и выносу их растениями.
Вопрос заключается в том, как увеличить количество этого «куриного бульона»: ведь за минеральные удобрения мы платим, а за живую биомассу — нет. Отмирающая биомасса — это постоянный и возобновляемый источник питания растений, на который нам не приходится тратиться.
Рост живой массы в сельскохозяйственных почвах — это то, к чему нужно стремиться, чтобы увеличить ее здоровье и природное плодородие. В этом контексте становится особенно понятной китайская мудрая пословица «Глупый выращивает сорняки, умный овощи, а мудрый — землю».
У растениеводов есть два вида ресурсов: бесплатный, данный природой (атмосферные осадки, энергия солнца, естественное плодородие почвы) и платный, то есть созданный человеком (минеральные удобрения, ГСМ, средства защиты). Наша главная задача — задействовать в полной мере бесплатные ресурсы и сократить количество платных.
Нужно отойти от системы интенсивного земледелия, привнесенной из США, которая внедрялась в СССР с 1964 года. Автором этой системы является отец «Зелёной революции» Норман Борлоуг. Модель Борлоуга стоит на четырёх «китах»:
И по сей день все обсуждения на предпосевных и предуборочных совещаниях выстраиваются вокруг этих четырёх пунктов: какие новые сорта или гибриды появились в последнее время, сколько будут стоить минеральные удобрения и средства защиты и какую субсидию дадут на полив.
Спустя десятилетие после начала массового внедрения оказалось, что система Нормана Борлоуга хорошо работает лишь на 20% почв. А в 80% других случаев она запускает сильную деградацию почв: плужная подошва, неперегнившие пожнивные остатки, «чемоданы», которые выворачивает плуг, снижение влагоемкости почв, остановка биологических процессов, обеспечивающих высокий уровень природного почвенного плодородия, накопление плесневых грибов, которые являются причиной корневых гнилей и других болезней растений и т.д. — результат внедрения этой системы.
Обратите внимание на то, как выглядит здоровая и деградированная почва. Влагоёмкость почвы слева — около 50-60 мм, а справа — 190 мм. Это количество влаги, которая накопится у нас к весне, на которую может рассчитывать аграрий. Вот ещё пример.
Мы видим сильное уплотнение сельскохозяйственных почв и разделение её на два ярко выраженного уровня — рыхлого с преобладанием микроорганизмов аэробов и уплотненного — с преобладанием анаэробов, чего нет в природных почвах, имеющих агрегатированную структуру. Когда почва уплотняется, единственное, что остаётся аграрию — пахать. И мы пашем и пашем, и всё время платим за это деньги.
Проблема заключается в том, что скорость роста цен на «человеческие» ресурсы оказалась выше, чем скорость роста цен на продукцию растениеводства. Посчитайте, сколько сегодня фосфорных удобрений, селитры, дизтоплива вы можете приобрести за один килограмм пшеницы, а какое соотношение цен было более 30 лет назад?
Диспаритет цен возникает из-за того, что государство не может допустить роста цен на сельхозпродукцию. В итоге цены на ресурсы растут быстрее, чем на продукцию растениеводства. В рыночной экономике такая модель сельского хозяйства может сохраняться и работать только при очень высоких дотациях со стороны государства, либо за счет сильной деградации органического вещества почв и «убивания» природного плодородия. В противном случае этот бизнес становится нерентабельным.
НПО «Биоцентр» предлагает в противовес системе Нормана Борлоуга систему Адаптивного биологизированного земледелия. Нам необходимо в полной мере задействовать бесплатный ресурс — естественное почвенное плодородие, а для этого есть действенные приёмы, которые способны компенсировать ущерб, наносимый почвам, и способные эффективно восстанавливать природные процессы, обеспечивающие высокий уровень почвенного плодородия. Это обеспечивается исключительно восстановлением здоровья почвы. Если мы будем управлять здоровьем почвы, мы сможем получать большие урожаи при минимальных затратах.
Я уже отмечал, что растение получает большую часть питания через микробов-посредников. Биологическая активность почвы является ключом к её продуктивности. Как мы можем стимулировать биологическую активность?
НПО «Биоцентр» под теории миксотрофного питания и симбиотического взаимодействия растений и микроорганизмов разработал и внедрил в практику ряд специфических агроприемов, которые вошли в систему Адаптивного биологического земледелия. Под эти агроприемы были созданы ряд специальных препаратов.
Например, препарат, который усиливает фотосинтез и стимулирует отток сахаров из корней в виде выделений, которые называются муцигелями. Растение «делится» сахаром и другими питательными веществами, вырабатываемыми ими, с бактериями, растет их биомасса. Биологическая активность почвы соответственно растёт.
А что происходит, когда мы вносим в почву селитру? Она блокирует выделение сахаров растением. Если нитратный азот в растении не усваивается за сутки и накапливается в виде нитратов, в растении активизируется фермент, расщепляющий сахарозу на фруктозу и глюкозу. Наличие свободной глюкозы, образующей кристаллы, которые забивают проводящие сосуды, нарушает отток сахаров и ухудшает фотосинтез, поскольку лист «забит» сахарами, которые из него оперативно не выводятся. Одновременно у растения растет водопотребление, поскольку оно вынуждено из-за плохого оттока постоянно уменьшать растущую концентрацию сахаров в листе.
Для решения этой задачи мы разработали препарат с рабочим названием «синенький», который блокирует этот фермент. Его применение может приводить к увеличению эффективности фотосинтеза до 6 раз. При этом значительная часть сахаров идет в корневые выделения для питания биоты и для восстановления плодородия почвы, а также на повышение качества продукции.
Например, на сахарной свёкле мы получали рост дигестии сахарной свеклы со средне-районного показателя 16% до 20% в хозяйствах, применяющих данный агроприем. На картофеле урожайность повышается на достоверные 20%. Сахаристость арбузов повышается до 15% (обычно, то что есть в торговле, имеет сахаристость 8-9%), и т.д. В данном случае сахаров, как энергетического материала, хватает и для растений, и для почвенных существ, обеспечивающих биологическую активность почвы.
Также мы используем препарат для стимулирования мощного роста корневой системы и различные стимиксы-фитостимы с симбиотическими для растений микроорганизмами для ее заселения.
На самом деле микробиом здоровой почвы представляет собой огромную природную синтрофную ассоциацию, где микробы взаимодействуют по принципу «один за всех, и все за одного». Соответственно, на больных, разрушенных почвах микробы группируются в специфические микробные враждующие «кланы» с преобладанием в них плесневых грибов — токсикогенных и патогенных. Плесневые грибы — проблема современного агрария, поскольку являются причиной многих болезней растений и снижения урожая. А химическая защита растений — значительная затратная часть бюджета гектара.
Несколько лет назад, когда по ДНК микроорганизмов почвы ученые пытались восстановить весь многовидовой состав микроорганизмов, также выяснилось, что все что мы знаем — это только о 10% микроорганизмов, которые за столетнюю деятельность почвенных микробиологов удалось выделить из почвы и выращивать на искусственных питательных средах. Об остальных мы не знаем ровным счетом ничего.
В здоровой почве также происходит накопление органического вещества, поскольку синтрофная микробная ассоциация тратит органическое вещество очень экономно и оно накапливается. В здоровой почве начинают расти все агрохимические показатели элементов минерального питания — доступный для растений фосфор, калий, а также азот и другие. Часть этих элементов выщелачивается из природной минеральной матрицы (геологическая основа почвы: частицы песка, глины), часть — результат перевода из химических соединений прежде внесенных минеральных удобрений, перешедших в недоступные для растений формы в доступные.
Азот в почве растет в результате деятельности тех организмов почвы, которые обладают способностью к азотофиксации. Как оказалось, их значительно больше, чем знает современная аграрная наука.Также нужно сказать об открытии физиков МГУ (А.Корнилова и др.) 1993 г., о том, что в синтрофных ассоциациях может происходить явление трансмутации, то есть преобразование одного химического элемента в другой при обычных температурах. Например, марганца в железо, если последнего в почве нет, а микроорганизмам в данный момент он очень нужен. Есть цепочка преобразований – кремний-фосфор-сера. Есть и другие. Но об этом — отдельная статья.
В заключение несколько выводов для агрономов-практиков:
Как ещё мы можем усилить биологическую активность почвы? На деградированных почвах самый доступный способ восстановления здоровья почвы — это правильная работа с пожнивными остатками.
Как и кого можно поселить в почву, или как сделать из соломы микробное удобрение, восстанавливающее почву? В 1983 году в Японии доктор садоводства Теруо Хига создал первый сложный микробный препарат «Кюссей», представляющий собой восьми видовой консорциум микроорганизмов (маркетологи раздули восемь микробов до восьмидесяти — что не соответствует истине). При внесении в почву они разуплотняли её и повышали биологическую активность. «Кюссей» в рамках Эм-технологии, или технологии эффективных микроорганизмов доступен во многих странах мира.
Он был успешно использован в государственном масштабе в Северной Корее для ликвидации голода в 1995-2000 годах. Голод был спровоцирован нехваткой дешевых минеральных удобрений, которые перестали поступать в КНДР после распада СССР. Применение Эм-технологии увеличило урожайность корейских полей в 2 раза без или при ограниченном применении химических минеральных удобрений в среднесрочном периоде (3-5 лет). НПО «Биоцентр», изучив состав японского «Кюссея», создал ряд своих сложных микробных консорциумов и наладил их массовое производство.
«По мотивам» японского «Кюссея» наши микробиологи создали микробный препарат для обработки пожнивных остатков, разуплотняющий почву, который содержит 15 видов микроорганизмов, в том числе высокоактивные штаммы азотофиксирующих, молочнокислых и фотосинтезирующих микроорганизмов, антагонистов патогенных грибов и бактерий.
Тут для лучшего понимания необходимо ввести несколько новых понятий. При конструировании данного микробного препарата (микробного консорциума) были использованы идеи синтрофизма. Синтрофизм, синтрофия — тип симбиотического сосуществования, когда один вид живёт за счёт продукции другого вида. В препарате каждый организм живет не сам по себе, а по принципу синтрофизма — один за всех и все за одного. Это свойство отличает этот препарат (точнее, целую линейку наших препаратов) от простых, часто одновидовых микробных препаратов, которые сейчас широко предлагаются на рынке сельхозпрепаратов.
В отличие от микробов упомянутых препаратов, не выдерживающих конкуренцию в природе с почвенной микробиотой, микробы синтрофных ассоциаций обладают способностью приживаться в почве и оказывать долгосрочное положительное трансформирующее действие как на физику почвы, так и на почвенное плодородие. И, как следствие, обеспечивают рост урожайности всех сельскохозяйственных культур за счет восстановления бесплатного природного ресурса земледелия до уровня высоких и очень высоких урожаев.
Каждый из микробов нашей синтрофной ассоциации выполняет свою функцию, и в этом консорциуме микробы обеспечивают ускоренное биологическое разложение стерни и стимулирует почвообразование. В настоящее время выпускается 5 микробных составов препарата с разным функционалом. Применение этой линейки позволило эффективно решать сложные агротехнологические задачи, которые до последнего времени не имели решения.
Что имеется ввиду: при утрате животноводства КРС произошла деградация (упрощение) севооборотов до простых коммерческих плодосменов, когда в хозяйстве выращиваются только 3-4 культуры, востребованные на рынке. Как правило, это пшеница, подсолнечник, кукуруза, рапс или лен масличный.
С помощью многовидовых препаратов-деструкторов стерни нам удалось внедрить 6-7 летнюю практику выращивания в монокультуре озимой пшеницы с растущей урожайностью (в этом случае урожайность пшеницы по пшенице — выше, чем у пшеницы по черному пару). Мы реализовали на практике двупольный севооборот озимая пшеница-подсолнечник на Юге России. И, возможно, в ближайшем будущем нам удастся создать возможность выращивания подсолнечника в монокультуре, поскольку мы сейчас вплотную подошли к решению способа биологического контроля заразихи на подсолнечнике.
Надо сказать, что большинство микробных препаратов-деструкторов стерни, выпускаемых в России, — очень примитивные препараты с низким функционалом: один микроб — один препарат. Они очень мало могут. Такие препараты не приживаются в почве, и не могут восстанавливать плодородие почвы и ее здоровье. Большинство почвенных деструкторов, реализуемых на рынке, созданы на основе плесневого гриба Триходерма, он разлагает стерню, но не участвует в почвообразовании.
Наши «Стимиксы» представляют из себя цельные консорциумы микроорганизмов в виде синтрофных микробных ассоциаций, их мы используем как «медиаторные» препараты — они не заменяют почвенные микроорганизмы, а служат для восстановления биологического разнообразия, «сшивают» разорванные трофические цепочки, и позволяют активизировать природные микроорганизмы, активность которых подавлена микотоксинами, выделяемыми плесневыми грибами, накопленными в почве в системе интенсивного земледелия.
Консорциумами являются препараты серии А для ускоренного разложения соломы и интенсивного вытеснения патогенов в том числе не только плесневых грибов, но и патогенных бактерий. Серия Б помимо разложения и минерализации всех компонентов пожнивных остатков, заселяет почву агрономически ценными и почвообразующими микроорганизмами, вытесняющими из почвы и растительных остатков возбудителей снежной плесени, склеротиниоза, мучнистой росы, корневых гнилей грибного и смешанного бактериально-грибного происхождения, а также бурой, стеблевой и жёлтой ржавчины и др.
Из имеющихся препаратов легко можно составить «коктейль» в зависимости от задач, стоящих в растениеводстве любого хозяйства. А специалисты НПО «Биоцентр» всегда готовы помочь и дать необходимые рекомендаций для восстановления здоровья почвы.