ООО "Научно-Производственное Объединение ЭМ-ЦЕНТР"
Доктор Шаблин npo@shablin.ru
+7 (3012) 21-17-95
Оптовые продажи optshop@shablin.ru
+7(3012) 21-17-53

Экология/Восстановление почвы

Некоторые аксиомы почвенной биотехнологии и применение Эффективных Микроорганизмов.
 
Кожевин П.А., д.б.н., профессор, МГУ им. М.В. Ломоносова
 
1. В 1 г почвы из гумусового горизонта почв разных типов содержится примерно 1-10 млрд, клеток бактерий и несколько сотен метров мицелия грибов, а величина микробной биомассы (по углероду) варьирует в диапазоне от 100 кг до 1 т в расчете на 1 га. Ожидаемое расчетное число видов на основе генотипической информации может превышать 10000 в 1 г почвы. Именно эта обильная и чрезвычайно разнообразная биомасса является основным объектом почвенной биотехнологии. Особенности данного объекта определяют возможности и ограничения биотехнологических подходов в земледелии.
2. Обильная и разнообразная почвенная микробная биомасса не является хаосом с характерной для него раздробленностью. Напротив, популяционные элементы почвенной микробной биомассы посредством устойчивых взаимодействий формируют систему с определенным порядком. В этом порядке совершенно четко выявляется целесообразное единство взаимоотношений, которое создано для достижения определенной цели.
3. Цель природного микробного сообщества — служить в качестве фундаментального элемента домостроя (экологии). Именно отечественные ученые (С.Н.Виноградский, В.И.Вернадский и др.) особо выделяют удерживающую функцию микробного блока для биосферы планеты. Чтобы показать это, достаточно сравнить запасы углерода в почвах, биомассе суши и в атмосфере (примерно 1500, 600 и 720х1015 г4юответственно). Ясно, что даже небольшое изменение уровня почвенного углерода может существенно повлиять на пул атмосферного углерода, который уступает почвенному. Микробное дыхание почвы практически на порядок превышает индустриальные выбросы диоксида углерода как основного парникового газа. Выброс в атмосферу диоксида углерода из почвы в результате интенсивной сельскохозяйственной практики представляется мощным фактором изменения климата на планете. Уже из этого примера должна быть ясна исключительная значимость землепользования, правильная организация даже более важна, чем попытки снижения индустриальных выбросов парниковых газов (Киотский протокол, квоты и т.д.).
4. Вместе с тем, «низшее оправдывается существованием высшего», и потому в его функционировании отражаются в полной мере черты человека как управляющего. Агрессивная стратегия неразумного хищника или паразита обязательно приведет к адекватной реакции сопротивления микробного блока (например, многочисленные примеры неожиданного развития нежелательных микроорганизмов в разнообразных новых и модифицированных местообитаниях, усиление процессов био- коррозии в техногенных системах и т.д.). Все это — нормальная естественная реакция микробных систем на устранение причин нарушения в Соответствии с правилом Ле Шателье. Разумеется, такая реакция в ходе Сукцессии как телеономического процесса последовательной смены популяций может обеспечить восстановление параметров местообитания, если до этого не была превышена «красная черта» устойчивости. Последний вопрос о пределах устойчивости представлен в дискуссионном плане в современной литературе. В общем плане представляется, что стратегия неразумного управляющего с потребительской целевой функцией может привести к закономерному исчезновению всей эгоистической цивилизации потребителей. Такой сценарий может завершиться исчезновением и микробного блока, поскольку без хозяина даже самый Совершенный механизм теряет смысл.
5. Почвенная микробная система — идеальный пример системы, обеспечивающей устойчивое существование ненарушенных экосистем в течение очень больших промежутков времени. Важнейшая роль почвенной биоты связана с организацией циклов углерода, азота, фосфора и других элементов, что позволяет использовать ограниченное количество каждого ресурса, т.е. как бы придать конечному свойства бесконечного. Таким образом, «колесо» (циклы) придумано не человеком, а обеспечивает саму возможность его существования в природе. Понимание того, что при эгоистическом потребительском подходе в конечном счете произойдет катастрофа, привело в последние годы к созданию экономической экологии с разнообразными индексами и индикаторами устойчивости. В баланс приходится подключать не только сиюминутную прибыль, но и огромное количество показателей со знаком «минус», включая огромные затраты на борьбу с разнообразными нарушениями не только всех элементов природной среды (почва, вода, атмосфера), но и человеческой популяции (включая показатели, связанные со смертностью, болезнями, распадом семей, преступностью и т.д.). Такая Научная «бухгалтерия» лишь подтверждает очевидное для здравомыслящего человека положение: цена за потребительское интенсивное отношение к природе будет чрезмерной.
6. Отсюда ясно, что прибыль (рекордные урожаи) за счет высоких энергозатрат с закачиванием в почву как в простой резервуар удобрений и различных веществ не может служить целевой функцией адекватного (точного, верного) земледелия и критерием успеха. Целевой функцией адекватного земледелия может служить только «почвенное здоровье», отражающее многие ключевые функции почвенной биоты (плодородие, циклы элементов, регуляция парниковых газов, качество воды, контроль эрозии и т.д.). За рубежом делаются попытки оценить стоимость «жилищно-коммунальных услуг» почвенной биоты (десятки и сотни триллионов долларов ежегодно), но эти расчеты с конечными цифрами не имеют смысла: достаточно представить себе последствия остановки функционирования этой системы. Поэтому понятен интерес к системам хозяйствования «предусмотрительного управляющего» с поддержанием почвенного здоровья. Спектр таких подходов весьма широк (биологическое, органическое, экологическое земледелие и т.д.), однако во всех таких подходах в той или иной мере проявляется упор на получение «чистой» («органической») продукции с минимизацией энергозатрат и нарушений окружающей среды.
       При этом подразумевается, в частности:
  • максимизация целевого использования внутрихозяйственных отходов в качестве удобрений и продукта (на основе навоза, сидерата, компоста, мульчи и т.д.), который в функциональном отношении сходен с опадом в естественных экосистемах и создает защитную «кожу» для почвы и ее обитателей;
  • снабжение растений микробиологическим азотом (азот химических удобрений наиболее дорогая статья расходов при интенсивном земледелии);
  • использование симбиоза растений с микоризными грибами для снабжения фосфорам и другими ресурсами;
  • поддержание биоразнообразия растений и микроорганизмов посредством севооборотов, мутуализма разных растений при совместном росте, контурного и ленточного высева с созданием агро-ландшафта и т.д., а также применение «линейки» микробных популяций;
  • био-контроль возбудителей грибных и бактериальных болезней с минимизацией применения химических препаратов;
  • биологическое рыхление и оструктуривание почвы вместо энергоемких и разрушительных технико-механических воздействий.
7. Анализ показывает, что в качестве индикатора почвенного здоровья может использоваться показатель содержания активной микробной биомассы (по гидролизу диацетата флуоресцеина и по данным других методов). Например, на основе анализа имеющихся литературных данных, для различных систем органического земледелия можно выявить статистически достоверную сильную связь между урожайностью растений и биомассой почвенных микроорганизмов. В частности, для озимой пшеницы такая зависимость имеет следующий вид: У=4,75+0,036Х, где V — общий урожай (зерно+солома, т/га); X — индекс почвенной микробной биомассы (кг азота/га). При использовании минеральных удобрений такой зависимости обычно нет, поскольку относительно высоким значениям урожайности соответствует узкий диапазон микробной биомассы с весьма низким уровнем значений. С уровнем микробной биомассы коррелируют и другие ключевые показатели почвенного «здоровья». Примером может служить зависимость между водоупорностью почвенных агрегатов (более 0,25 мм) как показателем устойчивости к Эрозии и микробной биомассой: А=0,241пВ-0,77, где А — относительное содержание прочных агрегатов (%); В- индекс микробной биомассы (по углероду, мг/кг почвы).
8. Однако высокий уровень микробной биомассы является необходимым, но не достаточным условием адекватного управления. Чтобы кирпичи (популяции) образовали дом (микробное сообщество), надо еще и выложить их в соответствии с определенной структурой, в которой каждый кирпич (популяция) займет свое место и будет выполнять свою функцию. Так возникает иерархия — единство соподчиненных субъектов, каждый из которых выполняет свою роль в существовании общего целого. Признаки ее в микробной системе видны из рангового доминирования популяций. Если на вершине оказывается нежелательная популяция (например, Fusarium), задача сводится к подавлению такого объекта и восстановления эффективного порядка с помощью биоконтроля (интродукция/активизация антагонистов). Такая задача по перемещению нежелательного объекта на другую ранговую позицию с понижением его функциональной значимости может быть обеспечена посредством интродукции разнообразных микроорганизмов, включая как популяции антагонистов для конкретной мишени, так и микробные препараты сложного состава. Поэтому ясно, что для контроля событий необходим микробиологический мониторинг активной почвенной микробной биомассы с оценкой ее функциональной структуры, что можно реализовать с помощью имеющихся методов. Очевидно, что в данном случае речь идет о самом настоящем «точном» земледелии как подходе ДЛЯ получения высококачественной сельскохозяйственной продукции с Охранением почвенного здоровья посредством контроля объекта в пространстве и во времени.
9. Помимо применения специализированных популяций (азотфиксаторы, микориза) интерес представляют и комплексные микробные препараты, включая представителей ЭМ-технологии. Эффективность таких препаратов, несомненно, связана с полифункциональностью. Во-первых, высокий уровень обилия микроорганизмов в таких препаратах позволяет на какое-то время с помощью прямой конкуренции и механизмов инициации микробных сукцессий (смена видов во времени) понизить значимость нежелательных доминантов в природной среде. Во-вторых, популяции ЭМ-препаратов не приспособлены к активной жизнедеятельности в олиготрофных природных местообитаниях, относятся к так называемой зимогенной (заквасочной) микрофлоре и быстро погибают после интродукции в почву. Лизис микробных тел приводит к поступлению в почву фосфора в виде нуклеиновых кислот и фосфолипидов, которые могут быть быстро гидролизованы почвенной микрофлорой с передачей доступного фосфора растениям. Даже если принять во внимание только бактерии, представленные в ЭМ-препаратах на высоком уровне численности (до 109 клеток/мл), то их клетки можно рассматривать как заметный дополнительный источник фосфора (при объеме клетки 0,1 мкм3 и содержании фосфора 2,44%). В-третьих, такие микробные комплексы и продукты их жизнедеятельности одновременно могут выполнять функцию активаторов растений и ингибиторов роста нежелательных популяций.
10. Сторонникам адекватного земледелия следует помнить и об особенностях, которые могут использоваться оппонентами для критики данного подхода. Анализ имеющихся данных позволяет отметить относительное снижение показателей урожайности на 10-30% в среднем, что связано с «заботой» растений о микроорганизмах-партнерах. Например, ВАМ-микориза может получать 4-20% с продуктов фотосинтеза. Плата за снабжение азотом азотфиксаторами составляет 29 mol ATP/mol NН4, тогда как для ассимиляции нитратов цена ниже в 2 раза, а в случае с ИН4 — в 9 раз. Однако эти ограничения являются относительными и имеют понятный системный характер. Главное же состоит в том, что получение на достаточно высоком уровне высококачественной продукции обеспечивается с сохранением максимальных показателей «здоровья» почвы: а) секвестрация от 100 до 1000 кг С/га за год; б) устойчивое и полноценное по структурному и функциональному спектру микробное сообщество со способностью подавлять и уничтожать «врага»; в) блокировка эрозии за счет формирования водоустойчивой структуры посредством «сшивания» частиц мицелием грибов и актиномицетов и действия микробного «клея» (гломалин) и т.д.
 
24 октября, 9:55
 

Комментарии ()