Углерод и плодородие: получаем урожай с опорой на модный тренд

В мировом информационном пространстве все больше внимания уделяется теме содержания и удержания в почве углерода в контексте достижения климатической (углеродной) нейтральности, поскольку ряд мировых ученых и политиков считает, что современное потепление климата напрямую связано с эмиссией углекислого газа в атмосферу, который усиливает парниковый эффект. По мнению ряда отечественных ученых в России доля углекислого газа при современных интенсивных системах возделывания сельскохозяйственных культур, при минерализации гумуса составляет 80% от общей эмиссии, в том числе от сжигаемого природного топлива. Вместе с тем процессы накопления углерода в почве и влияния на урожайность сельхозкультур пока остаются недостаточно изучены. С практической точки зрения интересно узнать:

• Как углерод влияет на плодородие почвы?
• Что влияет на его накопление и удержание?
• Как связаны углерод и рост урожайности сельхозкультур?
• Методы трансформации углеродного земледелия в агрономическую практику для пользы дела – удешевления себестоимости растениеводческой продукции и оздоровления почв.

Специально для читателей портала «ГлавАгроном» на эти вопросы ответил наш эксперт – директор НПО «Биоцентр» Александр Харченко.

В последние годы в мире активно пропагандируется тема уменьшения выбросов углерода (углекислого газа) в атмосферу, поскольку есть мнение, что именно он влияет на изменение климата. Обещают даже платить из международных фондов 20-25$ на гектар тем аграриям, которые будут внедрять и использовать передовые почвосберегающие технологии. Рассмотрим биологический метод улавливания углерода из атмосферы и его «консервации» в почве с помощью растений и почвенной биоты как наиболее перспективный и полезный для аграриев. В чем его суть?

Ученый пояснил, что углерод как один из элементов таблицы Менделеева приобретает свое значение для сельскохозяйственного производства и решения климатических проблем только в том случае, если оценивается его роль в составе органического вещества почвы.

Если бы решение проблем плодородия зависело исключительно от использования углерода в качестве химического элемента, проблемы давно были бы решены простым внесением молотого угля или графита в землю.

Растения не питаются чистым углеродом, и процент его содержания в почве не является прямым показателем уровня плодородия. Углерод напрямую не влияет на урожайность. Однако значение почвенного углерода огромно, если оценить его во взаимосвязи с процессом почвообразования и представления о плодородии как результате этого процесса. Главную роль в нем играет органическое вещество почвы. Точнее, та его часть, которая называется лабильным гумусом.

Значительная часть лабильного гумуса представлена живыми обитателями почвы как микроорганизмами, так и более сложноорганизованными существами, интенсивно взаимодействующими с живыми растениямидруг с другом и неживой природой. Почва не является скоплением минеральных элементов – это живая система, в структуре которой в различных формах присутствует углерод.

Понимание того, как происходит процесс образования, сохранения и функционирования органического вещества почвы, открывает трехмерную картину круговорота углерода в природе:

• из атмосферы в почву,
• в самой почве,
• из почвы в атмосферу.

Секвестрация углерода – это процесс, посредством которого атмосферный углерод улавливается и хранится в течение длительного времени в почве. Лучшим и единственным эффективным способом секвестрации углерода является перевод атмосферного углекислого газа в органическое вещество растениями, то есть фотосинтез.

Если по каким-то причинам в данный момент живой биомассе не нужны для жизнедеятельности углеродистые соединения, получаемые в результате фотосинтеза в большом количестве, она переводит их в нейтральные стойкие органические соединения, в своеобразную кладовую, из которой при необходимости возможно обратное извлечение углерода.

Углерод, в различных формах участвующий в почвообразовании, сохраняется почвенной биотой как в виде ее биомассы, так и в виде соединений, которыми она может питаться, но при определенных условиях может интенсивно покидать почву.

Ученых заинтересовало: за счет каких приемов возможно удерживать углерода больше? В экспериментах были задействованы варианты с многовидовыми посевами и другие. А. Керженцев с коллегами сумел добиться феноменального результата: в ходе экспериментов ученые вышли на практики, где углерод удерживался в почве на уровне 80%. К сожалению, результаты экспериментов забыты, разработки по этой тематике сейчас практически не ведутся.

Если есть какие-то ограничивающие факторы, например, применяется аммиачная селитра, запускающая ряд специфических физиологических процессов в зеленой части растения, отток сахаров из растения в почву ухудшается вплоть до его полной остановки.

Как рассказал Александр Харченко, специалисты НПО «Биоцентр» разработали и предлагают технологию усиления фотосинтеза в сельскохозяйственных растениях, которая обеспечивает более интенсивный отток сахаров, а также технологии связывания углерода в живой массе обитателей почвы.

Её эффективность оценивается прежде всего экономикой хозяйств, где она применялась. Для ее реализации на практике применяется несколько микробиологических препаратов в определенной последовательности в рамках разработанной учеными системы Адаптивного биологизированного земледелия, а также препаратов, увеличивающих площадь листовой пластинки и усиливающие отток сахаров и транспортные способности самого растения. Руководитель компании уверен, что система позволяет получить значительное и даже кратное увеличение урожайности любых сельскохозяйственных культур.

Для реально работающего сельского хозяйства углерод должен представлять интерес как элемент, участвующий в процессе плодородия. Необходимо понимать, что плодородие – это не статическое состояние почвы, не данность, а динамический процесс на стыке углеродного цикла и цикла азота.

В нормально функционирующей биоте почвы, где организмы связаны сложным жизненным процессом, питание обеспечивается для всех обитателей почвы преимущественно за счет продуктов фотосинтеза, поставляемых растениями в виде прижизненных корневых выделений – экссудатов корней растений. Также подъедаются остатки отмерших частей растения и масса самой отмирающей биоты, поскольку средний срок обновления живой биомассы почвы составляет 14 дней.

Восстановление биологических цепочек на разных почвах после грубого вмешательства земледела с помощью плуга и других орудий для механической обработки почвы по времени происходит по-разному. Для воронежских черноземов может понадобиться короткий промежуток времени в несколько недель, а на саратовских черноземах на это может не хватить и года.

Методы быстрого восстановления биологических цепочек и усиление депонирования углерода в земледелии очень важны. Для этого существует ряд агротехнологических приемов, но в современном сельском хозяйстве наиболее эффективным является применение микробиологии с использованием микробных медиаторных препаратов. Хоть напрямую они не принимают участия в почвообразовании, но помогают почвенной биоте восстановить необходимые для запуска этого процесса связи.

Александр Генрихович пояснил, что на основе последнего были созданы агротехнологии, с помощью которых в период 1995-2000 гг. Северная Корея решила проблему голода в стране, удвоив урожайность всех сельскохозяйственных культурбез интенсификации сельскохозяйственного производства, при дефиците минеральных удобрений, которые прежде в неограниченном количестве поставлялись в эту страну из СССР. НПО Биоцентр в своих технологиях системы Адаптивного биологизированного земледелия использует «Кюссей», а также ряд своих собственных сложных микробных ассоциаций, которые разработаны и запущены в промышленное производство.

Ученый считает, что в нынешних экономических условиях работать с медиаторными препаратами более эффективно и бюджетно, чем использовать просто органические удобрения или покровные культуры. Действенность органических удобрений никто под сомнение не ставит, но реалии нашей экономики диктуют поиск и применение совершенно иных приемов.

Повышение урожайности сельхозкультур – это способ секвестрации углерода, но мы также знаем, что применение аммиачной селитры значительно снижает интенсивность фотосинтеза. Известно также, что современные сорта и гибриды сельскохозяйственных культур обладают высоким потенциалом урожайности, но углерод в почве они секвестрируют в незначительных объемах или не накапливают вовсе.

Благодаря этим технологиям уменьшаются потери углерода из почвы при обработке за счет «сшивания» природных биологических цепочек в почве. Эти природоподобные технологии действуют и давно перешли рубеж экспериментального применения. Они внедрены в хозяйствах от Крыма до Красноярского края.

Например, в ОАО «ПТИЦЕФАБРИКА «ЗАРЯ» на 7000 га пашни (Емельяновский район Красноярского края), используя эти технологии с 2018 года, получают урожай яровой пшеницы отечественной селекции на уровне 70-90 ц/га. Лучшее поле яровой пшеницы в 2022 году дало 108 ц/га при заявленном потенциале сортов пшеницы в 51-54 ц/га. Для сравнения в соседних хозяйствах урожайность составляет 18 ц/га. Почувствуйте, что называется, разницу.

Применение в растениеводстве прогрессивных методов обработки почвы – strip-till, no-till и mini-till – не гарантия, что они обеспечивают связывание углерода в почве в больших объемах, чем при классическом земледелии. Если урожайность при этих технологиях низкая, то и секвестрация углерода будет происходить в минимальных объемах. И, наоборот, чем выше урожайность, тем больше углерода будет секвестрировано.

В сельскохозяйственном производстве на первом плане – производственный процесс, и основная задача агрария – не секвестрировать или депонировать углерод, а в том, чтобы его как можно больше поступало с высоким урожаем. Поступает углерода много, значит, и связать его в почве, и депонировать можно будет в больших объемах. Здесь прямая зависимость. Скажем, при урожайности 60-80 ц с га по классической технологии депонировать углерода в почве возможно гораздо больше, чем при нулевой технологии с низкой урожайностью. Нетронутая плугом почва – еще не аргумент в пользу лучшего депонирования углерода.

Таким образом знания, накопленные в области почвоведения, биологии, биохимии и других областях как иностранными, так и российскими учеными, а также технологии по управлению процессами секвестрации и депонирования углерода вполне реально направить в практическое русло сельскохозяйственной деятельность. Конечно, при условии экономической целесообразности, уверен ученый.

Но при трансформации знаний в сугубо практическую плоскость мы должны решать не абстрактную (как вообще удержать углерод в почве), а вполне конкретные задачи:

• максимально накопить органическое вещество почвы
• и получить максимально возможный урожай с хорошей рентабельностью.

Только при таком подходе не на словах, а на деле возможно решить проблемы, связанные с внесением в почву и консервацией в ней углерода. И при этом еще и хорошо зарабатывать. В этом уверен наш собеседник – директор НПО «Биоцентр» Александр Харченко.