Сколько «нас» и сколько «их»
Эта информация используется микроорганизмами для определения того, какие задачи следует выполнять в зависимости от того, кто в меньшинстве и кто в большинстве в данной популяции. Принципы работы микроорганизмов в теле человека такие же. Ваше сердце, печень, почки и так далее знают, что им нужно делать. Они реагируют на биохимические сигналы, генерируемые другими органами в организме (например, гипофиз, взаимодействующий со щитовидной железой через ТТГ), и все эти процессы проходят скоординированно, как одна целостная живая система, состоящая из множества сложных компонентов.
Если мы рассмотрим почву в подобном ключе, то необходимо понять, что она также является живым организмом, ей также нужно выполнять задачи и функции, и за каждую из этих функций отвечает отдельная группа почвенных микроорганизмов. И вот почему разнообразие расте ний играет такую важную роль. Потому что каждое растение обладает своим собственным набором микроорганизмов, то есть собственным микробиомом. Более того, внутри каждой культуры (пшеницы или кукурузы) каждый сорт обладает своей отдельной отличимой микрофлорой. То есть даже если вы хотите вырастить пшеницу как культуру, то лучше высеять пять разных сортов, чтобы достичь разнообразия, тем самым увеличить количество микроорганизмов в почве. Вместо того, чтобы добавлять в почву удобрения и химические препараты, нам нужно сделать так, чтобы микроорганизмы могли выполнять свои задачи. Во-первых, нам нужно им просто не мешать, а во-вторых, стимулировать их с помощью разнообразия, с помощью многокомпонентных покровных культур.
Природный мир состоит из взаимосвязанных сообществ организмов
В природе нет такого понятия, как независимый организм — все виды нуждаются в других видах, чтобы выжить. Люди на этой планете не могут выжить без растений, без планктона, который дает кислород. Также сильно мы зависим от тех групп микроорганизмов, которые населяют нашу экосистему, наши почвы. На все гены растений, животных и человека влияет чувство кворума тех микроорганизмов, которые находятся внутри и снаружи.
Чтобы использовать «чувство кворума» в наших интересах, мы должны выяснить, как улучшить это общение, чтобы микробы могли делать то, что мы от них хотим, еще лучше.
Как это применимо в сельском хозяйстве
Для того чтобы почвенные микроорганизмы работали более эффективно, нужно разобраться, как почва функционирует. Две важные вещи, которые должен иметь каждый фермер, — это лопата и рефрактометр.
Каждый раз, когда вы выезжаете на поле, выкопайте несколько растений и обратите внимание на корни.
Рефрактометр отображает количество сахаров, минералов и микроэлементов в тканях ваших растений. Если их малое количество, то значит, корни ваших растений не сотрудничают с микробиотой почвы. Нам нужно научиться определять, есть ли кворум на корнях наших растений. Как это делается? Вы берете листья ваших растений, сворачиваете их и помещаете в пресс для чеснока. Вам нужно выдавить каплю сока из листьев этих растений. Потом эту каплю вы помещаете на пластинку рефрактометра и накрываете второй пластинкой. Мы получаем индекс рефракции, то есть количество содержащихся в данном растворе солей. Если вы положите капельку дистиллированной воды на рефрактометр и проведете измерение, то у вас получится ноль.
Если при исследовании ваших растений вы получите индекс примерно 2-3, то значит, что в них нет практически никакого питания. Вам нужно иметь хотя бы более 12. В таком случае ваши растения более устойчивы к насекомым и к болезням. То есть в них содержится больше питательных веществ и микроэлементов. И соответственно, они производят больше корневых выделений, фотосинтез происходит в них быстрее и они поддерживают почвенный микробиом. Что, в свою очередь, поможет этим растениям получать больше микроэлементов и сделать их более устойчивыми к болезням и вредителям. Лучший вариант, когда индекс рефракции более 20.
Почва и живые корни
Почва — это выветрившиеся горные породы (песок, ил и глина), которые находятся или были в контакте с корнями растений. Почвы разные, и отличаются они только соотношением этих компонентов. И если эти три элемен та (песок, ил и глина) не были в контакте с корнями живых растений, то это уже не почва. Если ваша местность находится в экстремальных погодных условиях (слишком холодно или жарко), на таких территориях вы не найдете почвы, там есть только выветрившиеся горные породы. Если вы хотите богатую плодородную почву, вам нужны живые корни растений.
К примеру, в США плодородные почвы можно было встретить в районе Великих равнин. Когда-то они сформировались под естественными прериями, под злаковыми травами.
Одна из проблем нынешнего времени – у нас не растут живые корни достаточно длительное время в году. Товарная культура выращивается на полях в короткий промежуток времени, а все остальное время в году почва остается голой. Пары и простой почвы привели к значительному снижению плодородия почвы. Поэтому настолько важными являются покровные культуры, которые обеспечивают нас живыми корнями, потому что именно живые корни формируют почву. Но кроме этого, они выполняют огромное количество функций.
Корни растений очень важны, потому что только зеленые растения могут усваивать элементы питания из воздуха и трансформировать солнечный свет в биохимическую энергию с помощью этих элементов. Из этих элементов растение строит свои органы. Все корни и листья растений построены из углерода, взятого из воздуха. Так же, как и корневые выделения, которые превращают материнскую породу в плодородный слой почвы.
Корневые выделения создают почвенный углерод в 5-30 раз быстрее, чем углерод, полученный из растительных остатков (листьев, стебли растений).
Но растения должны формировать связи с почвенными микроорганизмами. Сейчас в США такая ситуация, что миллионы гектаров товарных культур не формируют плодородный слой почвы, то есть наличие само по себе зеленого растения не является достаточным для формирования плодородия почвы. Растения должны стимулировать почвенную биоту.
Именно поэтому за последние 50 лет наши почвы деградировали, потому что растения не вступали в связь с почвенной биотой.
Вокруг корня формируются защитные оболочки из почвы, в которых протекают очень важные для жизни растения метаболические процессы. Эти образования из почвы выглядят, как колонны. И внутри них находится защищенное пространство для того, чтобы микроорганизмы могли функционировать и делать то, что они должны делать.
Если вы посмотрите на корни растений под микроскопом, то увидите следующую картину: центральный корень, а по бокам с помощью клейких веществ прикреплена почва. Здесь начинается формирование ризосферы, то есть почвенной оболочки. Когда она полностью сформируется, то будет выглядеть так: сверху — корень, снизу — почвенные частички, внутри этой ризосферы вы можете увидеть гифы грибов, некоторые из них — симбиотические грибы: микориза и триходерма. Также там присутствует много грибов-сапрофитов, которые питаются сахарами, выделенными из корней растений. Они не формируют симбиотические отношения с корнями растения, они просто кормятся корневыми выделениями. А вот бактерии мы сможем увидеть только под очень мощным увеличением. Их там миллионы: одни фиксируют азот, другие расщепляют фосфор, третьи делают доступными для растения другие элементы, некоторые бактерии будут съедены корнями растения.
Когда ваша почва хорошо структурирована, вы можете копать ее голыми руками, вам даже не нужна лопата.
Гуминовый полимер
Кроме обеспечения питания растения, все микроорганизмы работают над тем, чтобы создать углеродный продукт под названием гумус.
В любой почве состав гумуса одинаков:
60% углерода (С),
6-8% азота (N),
1-2% фосфора (P),
0,8-1,5% серы (S).
Эти вещества составляют 70% гумуса, остальные 30% — те элементы, которые находятся в почве, железо, например.
Если посмотреть на молекулу гумуса схематически, то можно увидеть, что в ней представлены элементы, взятые из воздуха: углерод, кислород, азот и водород. Но кто же соединяет эти вещества воедино? Это делает микробное сообщество, живущее вокруг корня. Оно берет все эти различные элементы и формирует из них очень стабильный гуминовый полимер. Когда гуминовый полимер образовался, то его очень сложно разрушить. Гуминовый полимер может находиться в почве тысячу лет. Для чего же это нужно почвенным микроорганизмам? Ведь они могли взять эти выделения корней и просто использовать их для своей жизнедеятельности. А они берут углерод, который выделили корни и через сложный процесс формируют гуминовые вещества. А ведь бактерия сталкивается с большим количеством трудностей, чтобы создать этот гуминовый полимер (люди еще не научились синтезировать эти вещества в лаборатории). Микробы улучшают структуру почвы, чтобы лучше росли корни, и они получали больше питания. Если биота не будет поддерживать жизнь растения, то и микробы погибнут. Подобные процессы происходят и в кишечнике человека. Если вы чувствуете зависимость от сахара, это значит, что в вашем кишечнике живут бактерии, которые зависят от энергии, получаемой от этого сахара. Когда вы едите что-то сладкое, эти бактерии процветают. Потом, когда сахар заканчивается, они начинают голодать и посылают вам очень мощный сигнал о том, что вы должны съесть что-то сладкое. Потому что если бактерии не получат этот сахар, они погибнут. Перетерпев тягу к сладкому, вы избавляетесь от бактерии, которые формируют у вас привычку к сладкому. Мы порою даже не осознаем, насколько бактерии контролируют нас и наши желания.
Растения посылают свои сигналы почвенной биоте и говорят о том, что им нужно. Почвенные микроорганизмы отвечают растениям, посылая свои сигналы. И вместе они выступают как единое целое. Бактерии синтезируют гуминовые вещества для того, чтобы поддерживать жизнь растений. Потому что от жизни этих растений зависит и жизнь микроорганизмов. Если растение погибает, то все, что живет вокруг его корней, также погибает. Бактериям выгодно поддерживать растение, и они стабильно этим заняты. Но мы, люди, постоянно вмешиваемся в эти процессы: обрабатываем семена, удобряем почву. Единственное, чем нужно обработать семена, это тем, что будет стимулировать развитие почвенной биоты, что будет стимулировать взаимодействие микроорганизмов в почве.
Возвращаясь к азоту, необходимо подчеркнуть, что он (азот) должен быть получен биологически, он должен быть фиксирован бактериями, задействованными в создании гуминовых веществ. Если мы вносим минеральные удобрения в почву, то эти вещества стимулируют совершенно другие микроорганизмы и бактерии, но не те, что нам нужны. Получая азот из минеральных удобрений, эти бактерии будут расщеплять гуминовые вещества, потому что им также нужен углерод для построения своих клеток. Таким образом, внесение азотных удобрений снижает органическое вещество в почве, а азот, полученный от бактерий, наоборот, увеличивает органическое вещество.
Азот и углерод всегда движутся вместе. Если в почве увеличивается углерод, увеличивается и азот. Азот должен быть фиксирован биологически для того, чтобы углерод был секвестирован в стабильной форме.
Путь жидкого углерода
Углеродные вещества должны быть синтезированы в процессе фотозинтеза. Далее они перемещаются в корневую зону. Там, в ризосфере, формируются почвенные агрегаты и идет процесс гумификации.
Итак, нам нужно иметь зеленые, активно растущие растения. Предпочтительно большое их разнообразие. И также нам нужно иметь большое количество разнообразных микроорганизмов в почве.
Раньше мы пытались заменить биологическую активность химическими удобрениями. Но растения, выращенные с помощью химических удобрений, не получают все остальные необходимые им микрои макроэлементы.
Иан и Диана Хаггерти, Г. Уайалкэтчем, Западная Австралия
Приведу пример фермерского хозяйства, которое полностью отказалось от минеральных удобрений и пошло по пути развития почвенной биоты. Сейчас они работают на площади в 16 тысяч гектаров и не применяют никаких азотных удобрений. При этом получают более высокую урожайность, чем все их соседи. Получают высококачественное зерно, которое продают по высокой стоимости. Сейчас их зерно закупают в Малайзию на рынки безнитратной пшеницы.
Азиаты установили, что если в зерне не содержится нитратов, то там будет меньше и пестицидов, фунгицидов, инсектицидов и так далее. Потому что они не нужны и нет необходимости применять всю эту химию, потому что все проблемы с болезнями, насекомыми-вредителями и сорняками были созданы азотными удобрениями.
Что они делают на своей ферме?
Они поддерживают микробиом почвы:
1) сохраняя разнообразие зеленых растений в течение всего года (насколько позволяет климат),
2) они не используют азотных и фосфорных минеральных удобрений. Вместо этого они применяют экстракт компоста червей (жидкость, полученная из компоста, который переработали черви). Этим они обрабатывают семена, вносят в почву в жидкой форме и также по пшенице проводят листовые обработки.
3) важным элементом является интеграция животноводства на полях. Уровень BRIX на их пшенице достигает 28. И это очень высокий показатель (у их соседей через дорогу на пшенице по классике этот показатель 2-3). То есть фотосинтез на ферме Хаггерти происходит в 10 раз интенсивнее. Именно за счет этого они получают более качественное зерно и более высокую урожайность.
В Западной Автралии по классике принято содержать поля чистыми от сорняков. Поэтому проводят 2-3 гербицидные обработки. Зимой – сеют пшеницу. Климат здесь похож на климат Южной Калифорнии: влажная зима и жаркое сухое лето. На полях Хаггерти летом можно увидеть разнообразную зеленую покровную массу растений. На ней они летом выпасают овец. Зеленые растения на их полях обозначают, что они накапливают гораздо больше углерода в почве, чем их соседи.
Ученые отобрали пробы почв Хаггерти и их соседей. Отбор и анализ почв проводился в соответствии со стандартами Национальной программы исследований углерода в почве (SCaRP), разработанных CSIRO. Было установлено, что по сравнению с соседями содержание углерода в почве Хаггерти увеличилось на 41,5%, азота в почве 27,7%, влагоемкость почвы увеличилась на 13%.
Увеличение содержания углерода в почве было более выраженным в более глубоких слоях:
0-10 см — 36,9%
10-20 см — 40,5%
20-30 см — 53,6%
Если процесс фотосинтеза и корневых выделений протекал должным образом, то большее содержание углерода в почве мы обнаружим на той глубине, где было сосредоточено большее количество молодых корней.
Поэтому если в почве нет живых растений, то увеличение содержания органического вещества происходит только у поверхности почвы, где идет разложение растительных остатков. Как раз это и было предметом спора с приверженцами традиционных способов, которые заявляли, что при ноутилле углерод накапливается только в верхнем слое почвы и поэтому инфильтрация и энергоемкость почвы не увеличиваются. И это, отчасти, правда. Именно поэтому настолько важны живые корни в почве. Именно поэтому настолько важно иметь покровные культуры между вашими товарными культурами.
Живые корни растений выделяют углерод во всем почвенном профиле. Тем самым увеличивая инфильтрацию и влагоемкость почвы, что впоследствии даст больше влаги вашим товарным культурам.
Системное мышление
Когда живые существа работают в симбиозе, у них возникают непредсказуемые для редукционистской науки свойства.
К примеру, на поле Хаггерти после пшеницы проросли многолетние злаковые травы. Те, что растут на целине. И проросли они именно там, где были рядки пшеницы. Это естественные эндемические целинные травы, семена которых пролежали там более сотни лет. Эти травы считались вымершими в этой зоне. В департаменте сельского хозяйства даже не было записи о том, что эти травы там когда-то произрастали. Теперь же эти травы всходят в тех рядках, где была высеяна пшеница. С точки зрения биологической стимуляции произошло что-то более чем стимуляция пшеничного растения. То есть биология почвы простимулировала семена тех растений, которых, в теории, там не должно было быть. То есть после уборки пшеницы на ферме Хаггерти получили покровные культуры из естественных степных трав, которым их овцы очень рады.
