Растениеводство — основа хозяйственной деятельности человека. Половина проблем цивилизации, так или иначе, связана с функциональными возможностями этой сферы деятельности. Увеличение продуктивности сельскохозяйственных культур и их защита от болезней и вредителей являются центральными вопросами современной агробиологии.
Каждый знает, как тяжел крестьянский труд. Самое большое счастье земледельца — это богатый и отменный по качеству урожай. Сколько надо вложить сил и умения, чтобы не только вырастить и собрать урожай, но и сохранить его.
Продукционный процесс растений зависит не только от климатических факторов и запасов элементов минерального питания растений в почве, но также и от физиологических особенностей конкретной сельскохозяйственной культуры. Одним из направлений в области регуляции урожайности и скорости развития растений является выяснение точек приложения отдельных факторов, ограничивающих продукционный процесс. При этом воздействие на продукционный процесс должно быть множественным — по возможности направленным на максимальное количество лимитирующих факторов. Чем полнее создаётся комплекс необходимых растениям условий, тем выше будет урожай. Продуктивность сельскохозяйственных культур — результат их существования в конкретных почвенно-климатических условиях.
Продукционным процессом культурных растений, можно управлять с помощью нескольких видов коррекции (рис. 1): физической, химической и биологической.
Под физической коррекцией понимается система агротехнических, агромелиоративных и гидромелиоративных мероприятий, направленных на создание и поддержание благоприятного для культурных растений водного, теплового и воздушного режимов, а также биологической активности почв. Этот вид коррекции был одним из первых приёмов повышения продуктивности сельскохозяйственных культур. Она появилась тогда, когда человек разумный палкой-копалкой взрыхлил почву вокруг полюбившегося ему растения. Но прогресс не стоит на месте: на смену палки-копалки пришла соха, соху сменил плуг, потом появился плоскорез и т. д. Интенсивная механическая обработка земель приводит к почворазрушающим процессам, поэтому в настоящее время общей тенденцией земледелия является минимизация физического воздействия на почву. Для выращивания зерновых пропагандируются: стрип-тилл — узкополосная вспашка с образованием гребня (две третьих поля остаются нетронутыми), мини-тилл — минимальная обработка почв, предусматривающая замену вспашки плугом с отвалом пласта рыхлением (чизелеванием) или дискованием с созданием мульчирующего слоя, и ноу-тилл — бесплужная (одна неглубокая обработка почвы рыхлением на небольшую глубину) или, как ещё называют, нулевая технология со стерневым посевом. Для остальных культур пока ещё применяются традиционные системы земледелия. До сих пор остаются актуальными приёмы изменения минералогического и гранулометрического составов почв — пескование тяжёлых и глинование лёгких почв. Конечно же, почвы, характеризующиеся агрономически ценной структурой — наиболее благоприятны для роста и развития растений.
Исходя из изложенного выше, физическая коррекция является первой важной составляющей регулирования продукционного процесса растений.
Химическая коррекция — система мероприятий, направленная на регулирование продуктивности сельскохозяйственных растений посредством химизации — восполнения запасов элементов минерального питания растений и азота в почве, некорневых подкормок макро- и микроэлементами, регулирования кислотного и солевого режима почв, а также с помощью применения химических средств защиты растений (рис. 1). В связи с этим, основное усилие земледельцев направлено на создание в почве необходимого количества и пропорциональности фосфора, калия и азота (производственного потенциала), что достигается внесением в почву тех или иных удобрений, чаще всего минеральных. Регулируя поступление минеральных веществ в растения, также следует помнить, что недостаток одного из биофильных элементов может привести к накоплению в почве другого, что, конечно же, затруднит коррекцию основных элементов питания в почве. Количество соединений биофильных элементов, потребляемых растениями, определяется взаимодействием между скоростью потребления/выделения корнями растений этих веществ, подвижностью последних в почве, а также скоростью преобразования доступных форм питательных веществ, необходимых растениям, в недоступные и наоборот.
Исторически химическая коррекция была вторым эволюционным шагом растениеводства. Вначале использовалась древесная зола (например, при подсечно-огневом земледелии), затем — навоз сельскохозяйственных животных и, наконец, минеральные удобрения. В 21-ом веке для рационального использования минеральных удобрений используется точное, или прецизионное земледелие. Этот подход с помощью современной электронной техники позволяет дозированно вносить в почву минеральные удобрения в зависимости от содержания NPK в том или ином агрохимическом контуре.
Можно констатировать, что путь химической коррекции полностью реализован в промышленном сельском хозяйстве. Правда, положительный баланс биофильных элементов в агроэкосистемах, создаваемый систематическим применением минеральных удобрений, — одна из основных предпосылок возникновения разного рода нарушений в агроэкосистемах и в биосфере в целом. Кроме того, средства химической защиты «работают» не на сто процентов — есть некоторые вредители сельскохозяйственных культур (например, личинки различных минирующих насекомых), которых «химия» не убивает, а применение больших доз пестицидов — экологически опасно. Как быть в этих случаях?
Одним из эффективных подходов управления продукционным процессом и защиты растений является биологическая коррекция (рис. 1), которая за счёт совокупности методов направленного воздействия на биологию растений позволяет не только дополнительно повысить урожайность культурных растений с улучшением качества получаемой продукции, но увеличить сохранность выращенного урожая.
Биологическая коррекция — это третий эволюционный шаг растениеводства, развивающий адаптивное земледелие. Можно сказать, что методы биологической коррекции не новы. Их применяли давно. Особенно если вспомнить выращивание ананасов в Санкт-Петербурге в 19-ом веке — при печном отоплении и свечном освещении, но при использовании хорошо гумифицированного материала — садовой земли. Да, зачастую, новое — это хорошо забытое старое. Так зачем же забывать то, что весьма полезно для практиков? Современная теория биологической коррекции опирается на известный опыт, но базируется на достижениях современной науки.
Так, методология биологической коррекции опирается на следующие три ключевых положения:
1) зелёные сосудистые растения способны поглощать и усваивать органические соединения;
2) в зелёных сосудистых растениях одним из путей, обеспечивающих транспорт веществ, является единая система протопластов растительных клеток, объединённых в одно целое многочисленными специальными каналами (плазмодесмами), что позволяет растениям поглощать питательные вещества не только с помощью корней, но и листьями;
3) продукционный процесс растений в значительной степени определяется скоростью передвижения питательных веществ из корня в листья, и из листьев в корень.
Суть этого подхода — восполнение недостающих звеньев системы почва-растение, воспроизводство которых осуществляется вне этой системы посредством искусственной их интенсификации. При этом обязательно должны учитываться физиологические особенности растений. Биологическая коррекция роста и развития растений опирается на научные достижения современных биотехнологий, таких как: производство микробиологических препаратов, физиологически активных веществ, биологических средств защиты растений и т. д. В основе таких биотехнологий лежит принцип биологического соответствия.
Регулирование процессов метаболизма растений осуществляется с помощью использования биологических препаратов и комплексных органо-минеральных питательных смесей. Питательные смеси лучше всего приготавливать на основе растворов гуминовых веществ (ГВ). Характерная особенность питательных органо-минеральных смесей состоит в том, что извлечённые ГВ должны быть безбаластными (то есть без липидов) и не содержать углекислых солей натрия и калия. Помимо этого, в растворы необходимо добавлять инициальное количество основных элементов минерального питания растений (NPK) и полный комплекс микроэлементов, которые должны находиться в определённой пропорции и в стабильном растворённом состоянии.
Питательные органо-минеральные смеси хорошо сочетаются с биологическими инсектицидами и сами обладают выраженными фунгистатическими свойствами (то есть угнетающими рост и развитие патогенных грибов). Эти растворы предназначены для некорневых обработок сельскохозяйственных культур.
Анализ научной литературы и собственные экспериментальные данные свидетельствуют, что некорневая обработка органо-минеральными смесями приводит:
1) к ускорению циркуляции питательных веществ внутри растений — за счёт снижения поверхностного натяжения «соков растения»,
2) к увеличению проницаемости клеточных мембран — вследствие непосредственного воздействия ГВ,
3) к вызову (индукции) экспрессии генов, приводящей к увеличению защитных свойств растений и оптимизации биосинтеза,
4) к энергетическому обогащению — в результате использования некоторых компонентов ГВ в качестве структурных фрагментов биологических макромолекул,
5) к оптимизации дыхания и фотосинтеза — по причине ускорения циркуляции питательных веществ, а также использования некоторых компонентов ГВ в качестве структурных фрагментов биологических макромолекул;
6) к оптимизации соотношения органических и минеральных анионов в растениях и, как следствие, к снижению нитратов в продукции растениеводства;
7) к оптимизации биосинтеза и, как следствие, к увеличению в продукции белков, сахаров, жиров и витаминов;
8) к биосинтезу средств защиты растений от инфекций и инвазий — за счёт использования «готовых» структурных фрагментов фитоалексинов, энергетического обогащения, биосинтеза фитонцидов и вызова экспрессии генов;
9) к возрастанию устойчивости к болезням и неблагоприятным условиям — за счёт вызова экспрессии генов и биосинтеза фитонцидов;
10) к повышению коэффициента использования минеральных удобрений сельскохозяйственными культурами — посредством ускорения циркуляции питательных веществ в растениях, а также увеличения проницаемости клеточных мембран,
11) к снятию стресса после применения пестицидов — в результате детоксикации ксенобиотических веществ.
Биологическая коррекция предусматривает также использование биологических средств защиты растений и инфицирование последних полезными для сельскохозяйственных культур микроорганизмами и грибами.
Сомневаться в чрезвычайно положительном влиянии питательных органо-минеральных смесей на рост и развитие культурных растений, на объем и качество их урожая, у нас нет ни малейших причин. Это подтверждено многочисленными научно-исследовательскими экспериментами и результатами производственных опытов (рис. 2).
Накопленный производственный опыт позволяет утверждать следующее:
1) отрицательных последствий при обработке сельскохозяйственных растений питательными органо-минеральными смесями нет;
2) увеличение урожайности сельскохозяйственных культур с различными физиологическими особенностями имело место во всех случаях производственных испытаний в разных климатических зонах и при отличающихся погодных условиях.
3) обработка культурных растений питательными органо-минеральными смесями повышала пищевую или кормовую ценность продукции растениеводства;
4) у обработанных растений плоды были вкусными и ароматными;
5) у декоративных растений венчик цветов, как правило, был ярче, а запах сильнее;
6) в ряде случаев наблюдалось сокращение вегетационного периода развития растений;
7) обработка рассады приводила к увеличению её приживаемости;
8) у черенков, выращиваемых в питательной смеси, корнеобразование происходило более интенсивно;
9) совместное применение органо-минеральных питательных растворов с биологическими инсектицидами (например, битоксибациллином, лепидоцидом) позволяет успешно бороться даже с минирующими насекомыми (при этом биологические инсектициды под защитой специального нетоксичного и не вызывающего побочных действий у живых организмов комплексона вводятся в питательный раствор).
Была выявлена следующая закономерность при применении некорневых обработок органо-минеральными смесями:
- при высоком производственном потенциале почв и благоприятных агрометеорологических условиях наблюдалось относительно невысокое увеличение урожайности сельскохозяйственных культур (в среднем на 15–25 %);
- при экстремальных агрометеорологических обстоятельствах, но при хорошей обеспеченности почвы основными элементами минерального питания растений (NPK), эффект был максимальным и зачастую достигал двукратного превышения урожайности по отношению к контролю.
Таким образом, путь биологической коррекции позволяет уберечь урожай от вредителей, воспрепятствовать развитию инфекционных болезней и дополнительно повысить как сам урожай сельскохозяйственных культур, так и его качество. Этот путь позволяет реализовать резервные функции растений, а также увеличить устойчивости посевов к неблагоприятным погодным условиям. Биологическая коррекция — один из важных приёмов биологического земледелия.
