Почва состоит из минералов – песка, ила, глины; органических веществ, аэробных организмов. На сегодняшний день наша почва настолько деградирована, что остались только бактерии, которые способны выживать в условиях обработки почвы.
Когда наши предприятия переходили на прямой посев, мы знали и соблюдали все принципы технологии: укрыли почву растительными остатками, не производили обработку почвы при посеве, аккуратно размещали семена и так далее. При этом наблюдали, что почва структурировалась. Думали, урожайность повысится, но этого не произошло.
Что пошло не так? Когда отказываемся от обработки, прекращаем минерализовывать органическое вещество. Мы принесли много углерода по сравнению с азотом, поэтому микроорганизмы, которые разлагали органические остатки, забрали из почвы весь азот на себя.
В ходе традиционной обработки почвы, когда орудием проходимся по почве, она прогревается, при этом в почву поступает кислород. Почвенные микроорганизмы начинают эффективно работать, происходит минерализация органического вещества – переход из недоступной для растений органической формы в минеральную форму, доступную для растений. При обработке почвы на самом деле получаем колоссальное количество минерального питания для растений.
При ноу-тилл этого не происходит. Наоборот, почва укрыта, она холодная, бактериям там плохо, они в период начального роста культуры ведут себя неактивно, потом происходит компенсация.
На пропашных культурах мы теряем органическое вещество, но при этом получаем NO3 c содержанием азота, равносильным тремстам килограммам селитры. Отказываемся обрабатывать – теряем это количество вещества. Как решить проблему? Покупаем удобрения и вносим их. Растения лучше растут с минеральными удобрениями. При этом содержание элементов питания в почве превышает потребность в них растений.
В природе есть естественные циклы, так называемые сукцессии. Каждое природное сообщество развивается по определенным алгоритмам. От породы до хвойных лесов проходит этапы становления, и на этом этапе в каждой почве доминирует определенный вид растений. Первыми приходят сорняки, а после них крестоцветные, потом травы, овощи и злаки, и дальше уже идут кустарники, лиственные деревья и хвойные. Это законы природы, так оно всегда работает. Для каждого вида растений есть своя микробиология, которая соответствует этим растениям для того, чтобы они были здоровыми и не нуждались в дополнительном питании.
Наши западные коллеги рассчитали, что в здоровых почвах должно быть определенное соотношение бактериальной и грибной микрофлоры, они рассчитывают ее по количеству и биомассе. Количество в здоровой почве – 75000 видов бактерий и 25000 видов грибов, но это только те виды, что есть в базе. Вот мы хотим подтверждения, что для, например, крестоцветных культур оптимальным соотношением является – 0.3, для овощных культур – 0.75, для зерновых культур – 1:1.
Ученый Дэвид Джонсон проводил исследование грибного компонента на сельхозпочвах и установил, что при повышении грибного компонента корреляция повышения биомассы растений и урожайности идет напрямую. Он определил важность грибного компонента, на что мы зачастую не обращаем внимания вообще.
И мы решили проверить у себя эту теорию. Решили выявить, что же там, в органическом веществе (навозе, компосте) давало прибавку урожайности. Это не зависело ни от азота, ни от фосфора, ни от калия, ни даже от углерода. Единственное, что полностью коррелировало с развитием массы растений, – это соотношение бактерий. Чем более «грибным» был компост, тем более высокая масса получилась.
Профессор Джонсон и его жена (микробиологи) давно и много лет этим занимаются, проводят серьезнейшие исследования. Они делали анализ этого компоста. По технологии, он должен быть аэробным целый год. Каждый этап, каждый месяц производили замер микроорганизмов: на начальной стадии через месяц померили компост, там, например, 300 видов микроорганизмов было. Через 2 месяца – увеличение этого многообразия. Уже через год там было 2700 микроорганизмов: разные виды из разных сообществ – эти организмы выполняют разные функции. То есть, принося их в почву, мы получаем функциональные почвы. Даже те, которые разлагают наши пестициды: то есть здоровая почва может снизить пестицидную нагрузку и сама её переработать.
Сравнивали внесение компоста: на кукурузе, где был чистый компост, без удобрений получили 129 ц кукурузы. Там, где применили и компост, и внесли 38 кг азота, получили самую высокую урожайность – 138,3 ц. Там, где только был внесён азот 256 кг без компоста, получили почти такой же урожай, но затраты были гораздо выше.
После этого мы решили тоже сделать компост по рецепту Джонсона. Сделали биореактор, наполнили материалом, внесли червей. Ждали целый год. Внесли в рядки с посевом, обработали семена компостом и опрыскали пшеницу. Какие результаты получили? Там, где вносили в рядки, получили прибавку: заметно было увеличение биомассы, но по урожайности прибавки не было. Сделали выводы, что схема не работает.
В этом же году в Омске проводили опыты, тоже вносили в рядки компостные препараты при посеве подсолнечника. У них при внесении 100 литров компостных вытяжек прибавка урожайности составила 2,6 ц/га.
Мы видим, что где-то работает, где-то не работает. Решили, что мы делаем всё наугад, нам не хватало опыта. Но в чём привлекательность этого метода – копеечные затраты, буквально 100-300 рублей на гектар.
Как сделать, чтобы это заработало? Вот хорошее выражение: «Будущее уже наступило, просто оно еще неравномерно распределено». Что значит восстановить функционал почвы? Значит сделать так, чтобы в почве появились все элементы почвенной трофической сети. Тогда она будет функционировать так, как она функционирует в природе.
Когда изучали различные теории, познакомились с работами австралийских и канадских ученых. Одна из ведущих почвоведов в мире – Илейн Ингхэм – более 40 лет изучает трофическую сеть. Мы поняли, как действовать дальше. Есть инструмент, который нам помогает определить, есть ли там эти микроорганизмы – берём микроскоп, берем почву. Рассмотрим разные виды организмов, какую функцию они выполняют. Первая – это бактерии, это самая активная часть почвы. Они выделяет энзимы, которые из почвы могут добывать все необходимые элементы питания, такие как фосфор, калий и так далее. Также они эффективно покрывают поверхности корней растений и строят микроагрегаты почвы. Их очень большое количество, до двух миллиардов бактерий на 1 грамм почвы. Следующий элемент – грибы, они очень эффективны в вылавливании углерода: грибная почва не выделяет много углерода.
Хорошие грибы имеют ровный диаметр – от 3 до 6 микромиллиметров. У них красивый цвет, перетяжки равномерные. Они выполняют полезные функции: формируют агрегаты, выделяют полезные энзимы, способны доставать множественные элементы питания для своей жизни и обмениваться этими элементами с растениями. В одном грамме почвы, если мы посчитаем, их там будет сотни на маленьком сантиметровом кусочке почвы.
Эти две функциональные группы работают в разных условиях. Важно не только их наличие, важна их критическая масса. То есть их должно быть определенное количество в почве. Важно и разнообразие. Западные коллеги посчитали, что здоровая почва насчитывает около 75 тысяч видов бактерий и около 25 тысяч видов хороших грибов. А на наших сельхозполях мы насчитываем только 5000 видов бактерий и буквально сотни грибов, но в основном патогенных. Грибы нельзя увидеть глазом, но можно видеть мицелии – это так называемые резорфы, которые выглядят как корешки. Они белого цвета, это сплетение тончайших гифов, можно спутать их с корневыми волосками. Патогенные грибы обычно некрасивой, неровной формы, с пузырьками внутри. Патогенный гриб формирует много-много спор, взрывается и приносит заражение на наши почвы. Когда почвы голые, вот эти споры попадают на растения и заражают их. Затем получаем вторичное заражение, когда идёт дождь.
Зачастую, говоря о биологизации, мы просто делаем какие-то препараты из двух-трех-пяти бактерий, нескольких грибов. Это не решение проблемы, мы не совсем понимаем, что мы делаем, когда вносим триходерму. Это – хищный гриб, он поедает хорошие грибы. Его придумали, чтобы бороться с патогенными грибами. Но он же не останавливается, он съедает все хорошие грибы тоже. Может, это не так плохо для наших сельхозполей, потому что мы вытравили и так все грибы, их там нет. Но для того, чтобы восстановить грибную популяцию, такие препараты нужно использовать с осторожностью.
Обратим внимание на споры фузариумов. Причем они нам не конкуренты. Когда у нас есть здоровые, хорошие грибные сообщества, они не могут доминировать, это не конкурентные грибы – проблема уйдет сама собой.
Если мы восстановим функции почв и у нас появятся грибы, то разлагать растительные остатки будут не бактерии. Грибы более эффективны в этом, они конкурентоспособнее по сравнению с бактериями – могут выделять более сильные энзимы, которые разлагаются. Но у грибов очень широкое соотношение углерода к азоту. Когда они будут разлагать солому, дополнительный азот они будут не забирать, а наоборот, выделять его.
Бактерии формируют почвенные микроагрегаты. Но они нестабильны, стабильность появится только тогда, когда почву заселят грибы. Они свяжут те микроагрегаты, которые сформировали бактерии. Свяжут своими гифами, и это будут устойчивые, не подверженные разрушению почвенные агрегаты.
Рассмотрим, что происходит с нашими почвами. Например, осеннее поле с покровными культурами. Смотрим почвы – структура есть, агрегаты сформированы. Ждём весну. Выясняется, что зимой все покровные культуры погибли. Бактерии размножились в невероятном количестве. После того как они съели углерод, который выделяли растения, они начали питаться растительными остатками. В междурядье нет никаких растительных остатков. Но после того как они съели растительные остатки, они начинают есть почвенный углерод, начинают питаться гумусом. В результате чего структура почвы становится очень плотной. Заезжаем сеять, увеличиваем давление, чтобы заделать семена, в результате чего края борозды становятся плотными. Мы видим развитие такой корневой системы: она может расти только вдоль посевной борозды. То есть надо быть готовыми к этим проблемам и надо понимать, от чего это происходит. Нет грибов, нет стабильных агрегатов. Разгоняем очень сильно бактерии, а они потом съедают нашу структуру.
Среди грибов, которые есть, можно выделить микоризу. В природе она играет очень большую роль. Практически 90 процентов всех растений вступает в ассоциации с микоризой. Она имеет очень тонкие корни, врастает в корень, разрастается, получая углерод от растения. Он является дополнением его корневой системы, и площадь питания корневой системы увеличивается в разы, в сотни раз. Гифы гриба проникают во все микропоры, достают элементы питания, достают влагу даже в засушливые периоды и питают им растения, потому что это взаимовыгодный симбиоз.
Происходит обмен углерода со стороны растения и элементов питания, которые гриб отдаёт растению. На одном корне может быть одновременно несколько видов микориз. На данный момент изучено более 250 видов микоризных грибов. Если учитывать весь спектр грибов, на самом деле всего лишь 5 процентов всей микробиологии изучено.
Когда разные грибы колонизируют один корень, они могут выполнять разные функции. Одни будут приносить более эффективно влагу, другие – фосфор, третьи – калий и так далее. Научно доказано, что при колонизации культурных растений микоризой подавляется рост сорных растений на 25%. К сожалению, многие грибы микоризы не культивируются. Можем вырастить только те, которые культивируются, это примерно 9 штаммов. Обычно в них доминирует штамм резофагус, который не оказывает большого воздействия. Он вступает в симбиоз, но не отдаёт растению необходимых элементов.
При сравнении современных сортов пшеницы и старых сортов обычно смотрят, какая у них корневая система. Однако селекция ведет к тому, что корни растений не важны, важна верхушка, чтобы урожай получить. Минеральное питание можем дать сверху, поэтому идёт сокращение корневых выделений. И до того дошло, что есть пшеница, которая не вступает в симбиоз с микоризой.
Что снижает количество грибов в почве? В первую очередь – обработка. Когда мы начали обрабатывать почву, разрушили структуру, а грибам нужна структура, чтобы они росли. В наших почвах содержание грибов практически близко к нулю – 0,1%. Монокультуры, минеральные удобрения также снижают количество грибов в почве. Когда мы вносим большое количество удобрений, растениям нет смысла отдавать свой углерод грибам. Получается, что грибы никто не кормит, они погибают естественным путем. Речь не о том, что вообще удобрения нельзя применять, просто есть такие дозы, которые не позволяют грибам расти. Грибы убивают фунгициды – средства защиты растения, которые и создаются для этого. Также и гербициды, и инсектициды, и другие СЗР. Важно понять, что нам не надо сегодня же отказываться от защиты растений, потому что мы будем иметь проблемы, мы не получим урожай. Снижать надо постепенно, и для этого есть разные приёмы.
Если мы делаем разнообразные смеси покровных культур, крестоцветные увеличивают количество микоризных грибов при условии, что крестоцветных будет немного. За счет многообразия растений мы получаем более сбалансированную почву.
Что нужно сделать, чтобы увеличить количество грибов в почве? Естественно, снизить разрушение почвы, накрыть почву, сделать севооборот, чтобы присутствовали грибные культуры, использовать покровные культуры, постоянные живые корни, обеспечить интеграцию животных на полях, инокулирование компостными препаратами, снизить дозы удобрений и СЗР.
Следующим элементом почвенной атрофической цепи являются такие микроорганизмы, как простейшие. Очень полезные для сельхозпроизводителя, хотя многие отрицают их роль, их полезность, потому что непосредственно с растениями они не вступают во взаимодействие.
Они питаются бактериями, их великое множество. Когда мы переезжаем плугом или культиватором – это для них полнейшая погибель. Вообще, они самые чувствительные из всех почвенных микроорганизмов к экологии. Если мы что-то нарушаем, они уходят первыми, а возвращаются последними.
В чем их польза: у простейших соотношение углерода 30 к 1, у бактерий 5 к 1. Забирая углерод у бактерий, простейшая должна вывести из своего организма 5 лишних молекул азота. Этот азот она выводит из своего организма в виде NH4 – это и есть питание для растений. Например, 1 жгутиконосец поедает 10000 бактерий в день и так далее. В общем итоге в день около пяти килограммов действующего вещества NH4 одна простейшая выделяет. То есть за вегетационный период они способны дать вашим культурам 300 кг азота.
Круглые черви и нематоды живут в почве, активно питаются бактериями. Их несколько видов: бактериальные, грибные, корневые, хищные, всеядные. В наших же почвах в основном содержатся корневые, которые питаются корнями растений и вредят нам. Почему они присутствуют – нет конкуренции. Бактериальные нематоды можем эффективно размножить и потом внести в почву. Они также поедают где-то до 10 тысяч бактерий. Возможно даже больше: есть маленькие особи, есть большие особи, они очень активно едят и выводят из своего организма большое количество азота, фосфора, калия и других микроэлементов.
Следующий элемент цепи – микрочленистоногие. Они очень мелкие, простым глазом не видно, но они очень активные, постоянно едят.
О влиянии бактерий, грибов, простейших на биомассу растений учёные не только у нас, во всем мире говорят, что это не работает, это не научно. Хотя исследования уже проводились. Есть серьезные научные статьи, где доказано влияние этих организмов. Взяли почву, перемешали её, автоклавировали, то есть полностью убили всё живое, разбили на разные горшочки и высадили растения. В первом варианте у нас только растения были посажены – посчитали биомассу. В следующий горшочек подсадили бактерии, видим, что биомасса особо не поменялась, бактерии не дают увеличение урожайности, а иногда даже снижают, когда есть солома.
Следующий вариант, когда к бактериям еще подсадили простейших – видим рост уже в два с половиной раза по биомассе только за счет простейших и нематод, которые питаются бактериями. Еще больше увеличения получили, когда к этим простейшим добавили грибной компонент – увеличение уже в 4 раза, что подтверждается исследованием Дэвида Джонсона с его супругой.
Важно, чтобы в почве присутствовали все элементы этой почвенной сети, без какого-то элемента система не будет работать. Почвенная трофическая сеть способна предоставить все микроэлементы растениям, чтобы мы получили здоровый урожай.
Нам очень важно иметь здоровую почву. Здоровье почвы – это способность функционировать в качестве живой экосистемы, которая поддерживает растения. Она может не только дать питание растению, но и защитить от болезней. Поверхность листа под электронным микроскопом полностью заселена бактериями и грибами, которые питаются углеродом. Так же, как и те микроорганизмы, которые питаются корневыми выделениями в почве. Они в симбиозе, не вредят друг другу. За счёт конкуренции патогену в результате некуда прикрепиться.
Когда происходит у растения сбалансированное питание, уровень сахаров в растении повышается. Чем выше уровень сахара, чем это меньше интересует вредителей, они не способны переваривать сахара. Что делают средства защиты растений: любые фунгициды, инсектициды делают поверхность листа стерильной. Убираем болезни, травим вредителей, но поверхность листа остается стерильной. Она открыта для того, чтобы туда вновь и вновь проникали болезни, приходили вредители, и нам без конца приходится это делать: вновь опрыскивать для того, чтобы сохранить растение.
Еще один интересный представитель грибов – метаризиум – это хищный гриб, который поедает насекомых-вредителей. Он прорастает внутрь растения, и, когда туда садится насекомое, этот гриб просверливает отверстие в теле насекомого и начинает там разрастаться. За несколько дней убивает насекомое, использует его как питание для себя и формирует огромное количество спор. Кроме того, он помогает растению увеличить биомассу. Это природный механизм, и таких грибов, которые выполняют подобные функции для растений – огромное множество. Если мы не имеем эту почвенную сеть, то растение не может добыть все микроэлементы для себя. Мы внесем азот, фосфор, калий, но при недостатке какого-то элемента, как только растение ослабло, природа пытается его убить. Мы же, как сельхозпроизводители, хотим сохранить это растение, урожай получить. Природа не делает разницы – слабое растение должно погибнуть: придут болезни, которые съедят, придут насекомые, которые тоже его съедят.
Как же решить этот вопрос на наших уничтоженных почвах? Вносить всё это нужно с помощью микроэлементов. Но вот чем проблема: при разных pH в почве одни элементы становятся доступны, а другие недоступны. Микроорганизмы могут локально в своей зоне сформировать другую кислотность, высвободить эти микроэлементы и накормить ими растения.
Когда мы обрабатываем почву, она становится уязвимой для разрушения, и на поверхности часто видим корочку. А все организмы, о которых мы рассказали, исключительно аэробные организмы, живут только в кислородной среде. Когда почва уплотнена, мы получаем сниженный рост растений: есть уплотнение, растение не может прорасти, тратит больше энергии, получает меньше питания, влаги. Если уплотнения нет, растение лучше и быстрее растет.
Патогенные бактерии, грибы выделяют формальдегиды, фенолы, которые разрушают корневую систему растений и делают их больными и ослабленными.
Столкнулись с ещё одной проблемой, которую не знали, как решить – это улитки. Горох не могли убрать: улиток было больше, чем гороха. На другом поле, где были покровные культуры, увидели решение этой проблемы – улитка уходит сама собой.
То же самое с сорняками: микроорганизмы регулируют рост сорняков. Сорняки – это не покровные культуры, они эгоистичны, делают маленький вклад углеводов в почву, в основном забирают элементы питания, влагу. Но на хороших почвах не будет проблем с сорняками.
Следующий элемент – это черви, которых мы видеть своими глазами на наших полях. Вот такую структуру почвы они формируют, перерабатывая органические остатки бактерий, грибов, всё, что могут съесть эти черви.
Попросили сделать образцы почвы, она у нас скалистая в основном. Нашли участок, где экскаватор копнул поглубже, удивились, что под покровными культурами оказалась отличная структура почвы. Большие черви делают глубокие ходы, на всю глубину, сколько мы копали. Где есть ход червяка, там черная почва и корни покровных культур. Им намного легче расти там, где почва плодородная. Потом на этом же поле увидели прибавку урожайности. После двух лет работы с покровными культурами на этом поле, где получали в лучшем случае 8 ц/га, получили 14 ц/га. То же самое было и со льном.
Есть еще такой элемент, как животное. Мы же хотим быстрее восстановить всю нашу трофическую сеть, чтобы вернулись все необходимые элементы. Необходимо обеспечить пребывание животных на полях круглый год.
Выпас на покровных культурах даёт инокуляцию, больше углерода в почву, больше дохода. Животные питаются растениями. Слюна – это самое биологически активная субстанция на земле. Животные и растения веками существовали вместе, растения привыкли к тому, что их поедают животные. Растение мобилизует все свои резервы и выделяет огромное количество углерода в почву. На этот углерод приходят те, кто им питается: грибы, бактерии размножаются в невероятных количествах. Приходят те, которые их едят, соответственно, выделяется большое количество питания для растения, чтобы ему восстановиться. Всё вместе выглядит как драйвер, который помогает быстрее восстановить почву.
Для тех, у кого нет животноводства, тоже есть выход. Существует метод изготовления аэробных биополноценных компостов – это высокотехнологичная, отработанная схема, для того чтобы в инкубаторных условиях размножить на органическом веществе все организмы, которые мы обсуждали. В первую очередь, это грибы и простейшие, которых у нас не хватает. Есть ряд условий: компост должен быть аэробный, локальный, без химии, иметь многокомпонентный состав. В нем микроорганизмы размножаются от трёх месяцев до года. Идёт увеличение количества аэробных организмов, патогенные организмы пастеризуются в процессе термической обработки. И мы имеем чистый компост, который является хорошим инокулянтом.
Первый опыт заложили осенью, привнесли компост в рядки. То есть мы теперь получили инструмент: знаем, что вносим, можем посчитать, сколько вносим. Осталась проблема, которую мы ещё не решили: надо, чтобы микроорганизмы прижились в почве. Для этого нужно время и терпение. Можно вносить опрыскиванием по листу, наносить на семена, но в наших условиях самым эффективным оказалось вносить в рядок с посевом. Чтобы правильно внести, надо учесть много нюансов, чтобы организмы тончайшие не погибли. Результатов на данный момент нет, опыт только заложили, делимся им.
Коллеги – фермеры из Африки, Австралии, Канады – делятся подобными опытами. Появились даже фирмы, которые производят отдельно компост, отдельно вытяжки технологичные, на любой масштаб это применимо.
Практические рекомендации:
- снижаем разрушение почвы, подбираем оптимальные сеялки;
- снижаем давление на почву, уменьшаем количество проходов техники;
- качественно распределяем пожнивные останки, накрываем почву;
- вводим севооборот для разрыва циклов болезней, сорняков и т.д.;
- вводим посев смесей покровных культур, помещаем углерод в почву;
- учитываем соотношение углерода к азоту;
- возвращаем животных на поля;
- применяем аэробные компостные инокулянты;
- постепенно снижаем минеральные удобрения и СЗР;
- обмениваемся опытом;
- набираемся терпения и ждём.
Читать 57 выпуск журнала "Ресурсосберегающее земледелие"
