В последние годы в мире формируется движение за уменьшение выбросов углерода (углекислого газа) в атмосферу, поскольку есть мнение, что именно он влияет на изменение климата. Обещают даже приплачивать из международных фондов 20-25$ на гектар тем аграриям, которые будут внедрять и использовать передовые почвосохраняющие технологии. Тут поживем – увидим. Хотелось бы верить.
Биологический способ улавливания углерода из атмосферы и его «консервации» в почве с помощью растений и почвенной биоты в отличие от дорогостоящих физико-химического (применение различного вида фильтров и адсорбентов) и геологического (закачивание углерода в глубинные слои земли) рассматривается как наиболее перспективный.
О том, какую роль в углеродном земледелии играет фотосинтез, как влияет углеродный цикл на плодородие, как происходит и от чего зависит накопление и удержание углерода в почве, «Актуальным агросистемам» рассказал руководитель НПО Биоцентр Александр Харченко.
Углерод и органическое вещество почвы
– Принято считать, что много углерода в атмосфере – это плохо, а много углерода в почве – это хорошо. Но если с первой частью этого утверждения более-менее ясно, то со второй частью полная неразбериха, – рассказал А Харченко. – Происходит она из-за того, что большая часть апологетов стратегии накопления углерода в почве представляет себе этот процесс утрированно: просто внесем в почву углерод, и все проблемы с плодородием почв, гумусом, а также глобальные климатические проблемы будут решены!
Углерод (один из химических элементов таблицы Менделеева) обретает свою ценность для сельскохозяйственного производства и для решения климатических задач только при условии оценки его роли в составе почвенного органического вещества. Если бы решение проблем плодородия зависело только от использования углерода как химического элемента, то эти проблемы давным-давно были бы решены путем обычного закапывания в землю угля или графита.
Чистым углеродом растения не питаются, и процент его содержания в почве не является показателем уровня плодородия. На урожайность сельскохозяйственных культур углерод напрямую не влияет. Расширить рамки понимания роли и значения почвенного углерода возможно лишь в увязке с процессом почвообразования, понятием плодородия как результата этого процесса, в котором главную роль играет почвенное органическое вещество, точнее та его часть, которая называется лабильным гумусом, значительная часть которого представлена живыми обитателями почвы – как микроорганизмами, так и более сложно организованными существами, которые интенсивно взаимодействуют с живыми растениями.
Почва – это не скопление минеральных элементов, это живая система, в структуре которой углерод присутствует в различных формах. Понимание того, как происходит процесс образования, сохранения и функционирования почвенного органического вещества открывает объемную картину круговорота углерода (из атмосферы – в почву, в самой почве, и из почвы – в атмосферу).
Фотосинтез в углеродном цикле
Секвестрация углерода – это процесс, посредством которого атмосферный углерод улавливается и хранится в течение длительного времени. Лучшим и единственным эффективным способом секвестрации углерода является перевод атмосферного углекислого газа в органическое вещество растениями, то есть фотосинтез. Более эффективной технологии пока что не придумано. Углерод, благодаря фотосинтезу, превращается в сахара и включается в живые процессы, и, зная, как они функционируют, возможно управлять секвестрацией углерода. Мы должны четко представлять, как участвуют в углеродном цикле обитатели почвы, ее биомасса. В круговороте углерода живые почвенные организмы играют важную роль. Если по каким-то причинам в данный момент времени живой биомассе не нужны для своей жизнедеятельности углеродистые соединения, получаемые в результате фотосинтеза в большом количестве, она переводит его 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. Углерод, извлекаемый из органических соединений почвы, вступив в реакцию с кислородом, превращается в углекислый газ – элементарная аксиома. Этот процесс называется минерализацией органического вещества. Еще в 80-х годах прошлого века известный русский ученый, доктор биологических наук Анатолий Семёнович Керженцев (1936 – 2018), работавший в Институте фундаментальных проблем биологии Российской академии наук (ИФПБ РАН) в городе Пущино, совместно с другими учеными изучал проблематику связывания и удержания углерода в почве. Было установлено, что в условиях реального аграрного производства в почве удерживается не более 20 % поступающего в нее углерода. И 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. С увеличением фотосинтеза и ускорением оттока сахаров из растений в почву успешно решается несколько задач: за счет наращивания новой биомассы из атмосферы удаляются излишние объемы СО2, повышается урожайность сельхозкультур, создаются условия для длительного запасания (депонирования) углерода почвой. Фотосинтез в растениях при отсутствии лимитирующих факторов протекает с избытком. Если наличествуют ограничивающие факторы (например, применение аммиачной селитры), отток сахаров из растения в почву ухудшается. НПО Биоцентр предлагает технологию по усилению фотосинтеза, которая обеспечивает более интенсивный отток сахаров, а также технологии связывания углерода в живой массе обитателей почвы. Эффективность технологии оценивается прежде всего экономикой. На практике применяется несколько препаратов в определенной последовательности в рамках Системы адаптивного биологизированного земледелия, где можно получить значительное и даже кратное увеличение урожайности сельскохозяйственных культур.
Плодородие и углерод
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, это динамический процесс, происходящий на стыке углеродного цикла и цикла азота. Часто наблюдается путаница, связанная с привычными понятиями. Вот, говорят: гумус – это источник плодородия! Чем больше гумуса, тем плодородней почва. Правильнее говорить, что гумус – не источник, а результат плодородия. Это часть почвенного образования, где хранится не использованный, не понадобившийся для функционирования почвенной биоты энергетический запас. К этому отложенному запасу почвенная биомасса обращается, когда в почве необходимо восстановить разорванные биологические цепочки, например, при пахоте и других способах обработки почвы. В нормально функционирующей биоте, где организмы связаны сложным жизненным процессом, питание обеспечивается для всех обитателей почвы преимущественно за счет продуктов фотосинтеза, поставляемых растениями в виде корневых выделений – экссудатов корней растений, также подъедаются свежие остатки отмерших частей растения и масса самой отмирающей биоты, поскольку средний срок обновления живой биомассы почвы – 14 дней. В подпитке из «кладовых» живые обитатели в нормально функционирующей почве не нуждаются. Но это на почвах, способных очень быстро преодолевать последствия механической обработки или другого вмешательства. В реальных условиях сельскохозяйственной деятельности возврат к нормально функционирующей биоте лежит через преодоление последствий вмешательства, то есть через восстановление утраченных в почве биологических связей. Процесс восстановления биологических цепочек на разных почвах происходит по-разному. Для восстановления воронежских черноземов может понадобиться короткий промежуток времени, они могут восстановиться и за несколько недель, а вот на саратовских черноземах на это может не хватить и года. Методы быстрого восстановления этих биологических цепочек с усилением функции депонирования углерода – очень важны. И существует ряд агротехнологических приемов. Мы в этой статье остановимся только на одном из них с применением микробиологии.
В современном сельском хозяйстве он практикуется с использованием так называемых микробных медиаторных препаратов, которые напрямую не участвуют в процессе почвообразования, но помогают почвенной биоте восстановить необходимые для запуска этого процесса связи. Есть архаичные препараты, которые сейчас применяются в органическом биодинамическом сельском хозяйстве – препарат № 500 или роговый компост. В современном органическом сельском хозяйстве Австралии, благодаря усилиям Алекса Подолински (1925 - 2019), он применяется на 1 миллионе гектаров. Есть современные микробные препараты, полученные в результате работы биотехнологов. Один из известных препаратов – препарат «Кюссей» (яп. Армия спасения), разработанный японским ученым Теруо Хига, успешно используемый с середины 80-х гг. как в органическом, так и конвенциональном сельском хозяйстве. 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 культур. 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. Они выпускаются под торговыми знаками Стимикс, Фитостим, Нива и др.
В нынешних экономических условиях работать с медиаторными препаратами более эффективно и бюджетно, чем использовать органические удобрения или покровные культуры. Действенность органических удобрений никто под сомнение не ставит, но реалии нашей экономики диктуют применение совершенно иных приемов. Даже минимальные расходы – порядка 500 руб. на га (на посев смеси промежуточных культур) и 2000 руб. (на закупку семян самих культур) – не идут ни в какое сравнение с расходами на покупку и применение Стимиксов-Фитостимов (400-500 руб. на га). По доступности и эффективности использования Стимикс Нива (создано уже 4 композита) превышает все известные способы восстановления биологических цепочек в почве. Когда мы знаем, как работают природные механизмы растений и почвы, мы всегда сможем усилить их действие. Нам известно, что 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. Так устроена их генетика, поскольку селекционеры, выводя эти сорта, постарались, чтобы все продукты фотосинтеза шли на формирование урожая. Мы сейчас имеем дело с поколением сельскохозяйственных растений-«жадин», которые стараются ни с кем не делиться при жизни. Технологии, альтернативные интенсивным, позволяют получать более высокие урожаи, не снижая, а, наоборот, усиливая и стимулируя фотосинтез за счет расширения листовой пластинки, за счет стимулирования оттока сахаров из листа, за счет снятия блокирующего фотосинтез эффекта, который провоцирует нитратный азот. Благодаря этим технологиям уменьшаются потери углерода из почвы при обработке за счет «сшивания» природных биологических цепочек в почве. Эти природоподобные технологии являются действующими, они уже давно перешли рубеж экспериментального применения. Эти технологии внедрены от Крыма до Красноярского края. Например, в хозяйстве 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 (108 ц/га – лучшее поле 2022 яровой пшеницы алтайской селекции) при заявленном потенциале этих сортов пшеницы в 51-54 ц/га, а в соседних хозяйствах урожайность составляет 18 ц/га! Почувствуйте, что называется, разницу.
Почвозащитные технологии в углеродном земледелии
Применение почвозащитных технологий – мини-тилл или ноу-тилл – еще не гарантия, что они способны обеспечивать 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 ряде хозяйств, работающих на пахотных землях и получающих высокие урожаи, приходилось наблюдать, что в следующих благоприятных сезонах урожайность становилась еще выше. За счет того, что в почву поступало большое количество биомассы в виде растительных остатков. Да, коэффициент потерь на пахоте высокий, но он компенсируется высокими урожаями и большими объемами поступающего в почву органического вещества. Именно поэтому главное, что должно нас интересовать – это математика баланса накопления и потерь углерода, а не сами объемы потерь и накопления, потому что при любой технологии – классической, минимальной, нулевой – есть и накопление, и есть потери. Важно, в какую сторону баланс. Выбор технологии здесь должен определяться по наиболее положительному балансу. Либо это ноу- тилл при небольших, но малозатратных урожаях, либо пахота, но с очень высокими урожаями, либо ноу-тилл при высоких урожаях.
В сельскохозяйственном производстве на первом плане – производственный цикл, и основная задача для сельхозтоваропроизводителя – 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.
От экспериментов – к практике
С помощью знаний, накопленных в области почвоведения, биологии, биохимии и других областях как иностранными, так и российскими учеными, технологии по управлению процессами секвестрации и депонирования углерода при условии экономической оправданности вполне реально преобразовать в практическую сельскохозяйственную деятельность. Но при трансформации этих технологий в практическую плоскость мы должны решать не абстрактную (как вообще удержать углерод в почве), а вполне конкретную задачу: накопить максимально углерод в составе органического вещества почвы, а также получить максимальный урожай. 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 – неплохо заработать!
