Биологизация — путь к выходу земледелия из нарастающего почвенного кризиса
Доклад профессора кафедры почвоведения и экологии почв Института наук о Земле ФГБОУ ВО «Санкт-Петербургский государственный университет», доктора сельскохозяйственных наук, действительного члена РАЕН Александр Ивановича Попова «Почва, почвообразование, плодородие» на круглом столе «Коэволюционное развитие биосферы и техносферы с использованием природоподобных технологий в целях экологически чистого экономического развития РФ», прошедшего 14 декабря 2017 года на площадке ИА REGNUM в рамках программы мероприятий II Международной выставки-форума «ЭКОТЕХ-2017» и V Всероссийского съезда по охране окружающей среды.
* * *
Мой коллега, Александр Генрихович Харченко, попросил подготовить выступление, связанное с такими понятиями, как «почва», «почвообразование», «плодородие», а также обозначить пути решения повышения урожайности сельскохозяйственных культур.
Первое научное определение почвы дал Василий Васильевич Докучаев ― основатель науки почвоведения. По мнению этого учёного, почвы ― исключительно только те дневные или близкие к ним горизонты горных пород (всё равно каких), которые были более или менее естественно изменены взаимным влиянием воды, воздуха и различного рода организмов — живых и мёртвых, что и сказывается известным образом на составе, структуре и цвете таких образований. Это определение «работает» до сих пор.
В соответствии с ГОСТ 27593−88:
«почва — самостоятельное естественно-историческое органо-минеральное природное тело, возникшее на поверхности Земли в результате длительного воздействия биотических, абиотических и антропогенных факторов, состоящее из твёрдых минеральных и органических частиц, воды и воздуха и имеющее специфические генетико-морфологические признаки, свойства, создающие для роста и развития растений соответствующие условия».
Данное определение немного длинноватое. На мой взгляд, можно обойтись более коротким и ёмким определением:
«почва ― самостоятельное естественно-историческое органо-минеральное континуально-дискретное природное и естественно-антропогенное биокосное тело».
С позиций биогеохимии:
«почва — особая природная биогеомембрана, регулирующая взаимодействие между биосферой, гидросферой и атмосферой Земли».
С позиции системологии:
«почва — сложная природная эволюционно сложившаяся термодинамически открытая саморазвивающаяся и саморегулируемая целостная, а также многофазная гетерогенная полидисперсная система. Почва состоит из взаимосвязанных и взаимоподчинённых четырёх фаз: твёрдой, жидкой, газовой и живой. Каждая из них разнообразна по составу, происхождению и размеру компонентов. Живая фаза (почвенная биота или эдафон) ― движущая сила в функционировании почв».
С позиции термодинамики:
«почва — многокомпонентная химическая система, содержащая твёрдые, жидкие и газообразные соединения, непрерывно изменяющиеся под действием биологических, гидрологических и геологических факторов; сочетание твёрдых, жидких и газообразных веществ, находящихся под действием электромагнитного и гравитационного полей».
С позиции экономики:
«почва — и предмет, и средство производства. Эту двойственность также необходимо учитывать».
Для чего приводятся все эти определения? Точное определение понятия «почва» необходимо при создании закона в области почвенного плодородия земель сельхозяйственного значения. Любой закон, как известно, начинается с определений.
Под почвообразовательным процессом В. В. Докучаев понимал «вечно изменяющиеся функции» природных факторов формирования почв. Образование почв происходит под воздействием различных сложных процессов энерго‑ и массообмена. Это важно для понимания почвенного плодородия. В основе процессов почвообразования лежат геологический и биологический круговороты веществ.
В геологическом круговороте образуется рыхлая кора выветривания в виде различных по генезису горных почвообразующих пород. Общей характерной особенностью геологического круговорота веществ является постепенное обеднение горной породы элементами зольного питания растений вследствие вымывания их в гидросферу.
Естественно, что почва, не содержащая органического вещества, будет подчиняться геологическому круговороту. Из неё будут выщелачиваться питательные вещества.
Основным итогом биологического круговорота является аккумуляция биофильных элементов в корнеобитаемом слое почвы. В зависимости от физико-географических условий и характера растительности интенсивность биологического круговорота различна.
Почвообразовательный процесс относится к категории биофизико-химических процессов. Агентами почвообразования являются живые организмы и продукты их жизнедеятельности, а также вода, кислород воздуха и углекислота.
Наиболее важные слагаемые почвообразовательных процессов:
— трансформация горных пород, из которых образуются почвы;
— трансформация органического материала, поступающего в почву;
— взаимодействие минералов и органических веществ с образованием сложной системы органоминеральных соединений;
— аккумуляция в верхней части почвы ряда биофильных элементов;
— передвижение продуктов почвообразования с потоком влаги преимущественно в вертикальном направлении в толще формирующейся почвы.
С почвообразованием, жизнедеятельностью растений и других живых организмов, поселяющихся на почвообразующей породе, неразрывно связано формирование и развитие плодородия почв.
Обычно под почвенным плодородием земель сельскохозяйственного назначения понимают способность почвы удовлетворять потребность сельскохозяйственных культурных растений в питательных веществах, воздухе, воде, тепле, биологической и физико-химической среде и обеспечивать урожай сельскохозяйственных культурных растений (Федеральный Закон «О государственном регулировании обеспеченияплодородия земель сельскохозяйственного назначения», вступивший в силу с 21 июля 1998 года).
Можно привести ряд определений, которые создавались, но не вошли в Федеральный Закон «О государственном регулировании обеспечения плодородия земель сельскохозяйственного назначения».
«Плодородие почв земель сельскохозяйственного назначения является достоянием государства, истощаемым и трудно возобновляемым природным ресурсом, охраняемым и рационально используемым для удовлетворения потребностей в продуктах питания и сельскохозяйственном сырье».
«Плодородие однотипных почв земель сельскохозяйственного назначения, занятых в товарном производстве, оценивается объёмом получаемой продукции растениеводства с единицы площади при условии применения идентичных технологий возделывания при прочих равных условиях».
«Почвенное плодородие земель сельскохозяйственного назначения, занятых в товарном растениеводстве — свойство почв, характеризующее социально-экономическое состояние государства в его историческом развитии».
Основной характеристикой почвенного плодородия является производственный потенциал. То, что агрохимики говорят: «Вот — это плодородие». Но агрохимики оценивают не почвенное плодородие, а производственный потенциал земель сельскохозяйственного назначения.
Производственный потенциал — это сбалансированное содержание основных элементов минерального питания растений (NPK) — трёх китов агрохимии, позволяющее получать гарантированные урожаи при строгом соблюдении технологии выращивания сельскохозяйственных культур; он различен по отношению к разным видам и сортам сельскохозяйственных культур при равенстве прочих условий.
На Рис. 1 показана схема функционирования системы почва-растение. На нём приведено четыре фазы почвы. Зеленым цветом обозначены высшие растения, коричневым — твёрдая фаза, желтым — газовая фаза, голубым — жидкая фаза и фиолетовым — живая фаза почвы.
Все фазы связаны друг с другом, и, естественно, оказывают влияние на растения. Вход в эту систему — физиологически активная солнечная радиация (желтая стрелка). Через почву проходят все основные круговороты биофильных элементов: и кислорода, и углерода, и азота, а также макро‑ и микроэлементов.
Кроме того, необходимо подойти к определению, что есть «здоровая почва». В нашем понимании, здоровая почва ― результат наличия двойной трофической связи между почвой и растениями (Рис. 2).
Что такое двойная трофическая связь? Это такая ситуация, когда у конкретного вида живых организмов должен быть свой хищник, своя жертва, или свой поставщик и свой потребитель. В этом случае данный вид развивается наиболее оптимально. Выяснилось, что почва и растения связаны между собой двойной трофической связью, попеременно выступая то поставщиком, то потребителем. В естественных условиях от скорости энерго‑ и массообмена между почвой и растением зависит наземное видовое разнообразие, а в агрофитоценозах — устойчивый урожай. Если понимать, что почва и растения связаны двойной трофической связью, то параметры «здоровой почвы» уже проглядываются, уже становится понятным, какие условия необходимо воссоздать.
Трофическая взаимосвязь в системе почва-растение приведена на Рис. 3. Основными звеньями этой системы являются:
— органическое вещество почв, представленное гумусом типа мюлль (мулль);
— литолитические организмы — организмы, принимающие активное участие в выветривании минералов, они разлагают минералы, тем самым снабжают зольными элементами и себя, и другие живые организмов, в том числе и растения.
— азотфиксирующие организмы (свободноживущие, клубеньковые и ассоциативные).
Иными словами, плодородие — трофическая функция почвы.
С позиций экологии, почвенное плодородие можно рассматривать как следствие биологического круговорота биофильных элементов в экосистемах. Поэтому следует различать плодородие целинных и пахотных почв.
Плодородие целинных почв, приуроченных к природным растительным сообществам, — естественно возобновляемое свойство, которое является отражением динамически равновесного уровня пищевых веществ, необходимых растениям, литогенно обусловленных и биологически накопленных в почве, а также почвенных условий, обеспечивающих поступление воздуха, воды и пищевых веществ из почвы в растения. То есть плодородие почв можно рассматривать как процесс.
Принимая такую трактовку плодородия целинных почв, мы сразу уходим от таких понятий, как потенциальное и актуальное плодородие, определение которых, кстати, дал Карл Маркс, а он был всего лишь хорошим экономистом.
Плодородие пахотных почв — искусственно поддерживаемое свойство (в этом случае тут все в руках агронома), которое является отражением величины реально существующего уровня пищевых веществ, необходимых растениям, литогенно обусловленных, биологически накопленных и антропогенно внесённых в почву, а также почвенных условий, обеспечивающих поступление воздуха, воды и пищевых веществ из почвы в культурные растения.
Обычно почвенное плодородие рассматривается только с утилитарной позиции, только с точки зрения обеспечения растений необходимыми питательными веществами. А продукционный процесс растений рассматривается только как результат фотосинтеза и реализации растениями элементов минерального питания. С нашей точки зрения, продукционный процесс растений — это последовательная цепь энергетических и биохимических преобразований в растительном организме, которая обычно оценивается величиной урожая и является функцией целостного организма, а не только результатом фотосинтеза. На Рис. 4 приведено три фактора, от которых будет зависеть продукционный процесс растений.
Голубым цветом показаны климатические факторы, коричневым — факторы, связанные с почвой, зелёным — физиологические особенности растений, которые, не следует забывать, современная агрохимия никогда не учитывает. К особенностям растений относится зависимость пропускной транспортной системы растения от климатических условий. Следует помнить, что есть открытые и есть закрытые транспортные системы растений. Для того, чтобы фотосинтез был максимально эффективным, нужно ускорить отток продуктов фотосинтеза из хлоропластов. И чем быстрее отток будет происходить, тем будет больше хлорофилла в листьях, как ни странно. Если мы замедлим отток продуктов фотосинтеза, то получим бонсай. Казалось бы, климатические факторы те же, но растение — уродливо карликовое. Другими словами, очень медленный отток продуктов фотосинтеза — это способ получения искусственно замученных растений, или уродов.
Очень мне нравится выражение В. Р. Вильямса:
«И почвоведение до тех пор не выйдет из состояния талантливо написанной схемы будущей картины, пока химия почвы не станет физиологией почвы».
И то, что сегодня мы говорим о здоровье почвы, это как раз и есть физиология почвы.
* * *
Центральными вопросами современной агробиологии являются следующие:
— увеличение продуктивности сельскохозяйственных культур;
— защита от болезней и вредителей.
Одним из основных направлений в области регуляции урожайности 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 благоприятных для растений условий, тем выше будет урожай. Продуктивность сельскохозяйственных культур ― результат их существования в конкретных почвенно-климатических условиях. Продукционным процессом сельскохозяйственных культур можно управлять с помощью нескольких видов коррекций. Это физическая, химическая и биологическая коррекции.
Физическая коррекция ― система мероприятий, направленных на создание и поддержание благоприятного для культурных растений водного, теплового и воздушного режимов, а также биологической активности почв, потому что они будут от этого все зависеть (Рис. 5).
Физическая коррекция ― первый важный шаг регулирования продукционного процесса растений. То есть это механическая обработка, оструктуривание почв, регулирование минералогического и гранулометрического состава почв и мульчирование, что вообще забыто. И если это соблюдать, тоже можно тепловой режим почв уже регулировать. Не только нагревом. В настоящее время общей тенденцией земледелия является минимизация физического воздействия на почвы.
Химическая коррекция ― система мероприятий, направленная на регулирование продуктивности сельскохозяйственных растений посредством химизации (Рис 6). Химизация земледелия ― использование удобрений и мелиорантов, а также химических средств защиты растений от болезней и вредителей.
Удобрения ― вещества, содержащие необходимые для роста и развития сельскохозяйственных растений химические соединения, восполняющие дефицит элементов минерального питания.
Мелиоранты ― вещества, улучшающие механические, физические, физико-химические, химические и биологические свойства почв.
Химическая коррекция осуществляется за счёт восполнения запасов элементов минерального питания растений в почве, применения некорневых подкормок макро‑ и микроэлементами, регулирования кислотного и солевого режима почв.
Количество потребляемых растениями биофильных элементов определяется их доступными формами в почвенном растворе, а условия поступления этих элементов зависят от кислотного и солевого режимов.
Поэтому регулирование последних ― важный агротехнический приём, от которого не уйти.
Исторически химическая коррекция была вторым эволюционным шагом растениеводства. Можно констатировать, что путь химической коррекции полностью реализован в промышленном сельском хозяйстве.
Всё ещё продолжающееся увеличение производства минеральных удобрений и различных химических пестицидов в сочетании с многократной механической обработкой почв практически низводит почву на уровень гидропонной системы. Это основной путь растениеводства Западной Европы и США, а также их последователей в РФ. Но существующий путь химической коррекции в земледелии является тупиковым.
В настоящее время существуют две основные концепции, призванные спасти человечество от экологического и продовольственного кризиса, а именно:
1) концепция устойчивого развития сельского хозяйства;
2) концепция адаптивной интенсификации производства.
Первая система основана на традиционных способах растениеводства, вторая ― на инновационных подходах, требующих использования генетических ресурсов растений, а также повсеместного применения методов биологической коррекции продуктивности сельскохозяйственных культур.
Биологическая коррекция ― совокупность мероприятий, направленных на восстановление трофической системы почва-растение, одно из эффективных направлений управления продукционным процессом и защиты растений (Рис. 7).
Биологическая коррекция за счёт направленного воздействия на биологию растений позволяет не только дополнительно повысить урожайность культурных растений с улучшением качества получаемой продукции, но и увеличить сохранность выращенного урожая. Что очень важно: одно дело вырастить, другое дело сохранить. По существу ― это новый (третий) эволюционный шаг растениеводства, развивающий адаптивное земледелие.
Современная теория биологической коррекции базируется на научных достижениях современных биотехнологий, таких как: вермикультивирование (получение компоста из органических отходов с помощью дождевых червей и бактерий — Прим. ред.), производство микробиологических препаратов, физиологически активных веществ, биологических средств защиты растений и т. д.
Методология биологической коррекции опирается на следующие три ключевых положения:
Положение 1
Продукционный процесс растений в значительной степени определяется скоростью передвижения питательных веществ из корня в листья, и из листьев в корень. В основе транспорта пищевых веществ в трофосистеме почва-растение лежат осмотические механизмы.
Положение 2
Единая система протопластов растительных клеток, объединённых в одно целое многочисленными плазмодесмами, позволяет растениям поглощать питательные вещества не только корнями, но и листьями. То есть зелёные сосудистые растения можно рассматривать как гигантский одноклеточный многоядерный организм. Этому условию отвечает в частности флоэма (проводящая ткань сосудистых растений, по которой происходит транспорт продуктов фотосинтеза к частям растения, где происходит их использование или накопление — Прим. ред.). То, что растение ― гигантская клетка, объясняет эффективность некорневых подкормок растений. При этом механизм поступления нутриентов в растения через лист или через корень один и тот же. Тем не менее наиболее экономично вводить питательные вещества через лист ― как бы «внутривенно». Всё, что попадает на лист, поступает в растение. Следует заметить, что при некорневой обработке растений питательными смесями не будет конкуренции ионов среди микроэлементов, которые обязательно существуют в почве. При внесении в почву минеральных удобрений нет полной уверенности в том, что питательные вещества попадут в корни растений, а не будут перехвачены представителями почвенной биоты.
Положение 3
Зелёные сосудистые растения способны поглощать и усваивать органические соединения. То есть высшие растения можно рассматривать как миксотрофы, как факультативные гетеротрофные организмы с симбионтным пищеварением и симбионтным питанием.
Известны следующие факты гетеротрофизма зелёных сосудистых растений.
Существуют собственно растения-хищники (большей частью насекомоядные). Выделяют также протонасекомоядные растения с железистым опушением и липкими стеблями, которые могут извлекать из прилипших к их поверхности насекомых необходимые им питательные вещества. В частности, к таким растениям относятся томаты, герань, смолка, крапива и др. Известны и паранасекомоядные растения, которые частично утратили способность к ловле и перевариванию небольших животных и в ходе эволюции приспособились использовать иные источники органических питательных веществ. Например, существует кувшинчиковые, которые «ловят» опавшие листья, другие кувшинчиковые переваривает экскременты животных или птиц, получая из них необходимые биофильные элементы.
В природе широко распространены растения-паразиты, которые потребляют готовые органические соединения.
Кроме того, растения способны переваривать некоторые части микоризных грибов.
Тот факт, что зародыши семян, прорастая, используют для питания органические вещества семядолей или эндосперма, также является подтверждением гетеротрофизма растений.
Наконец, в растительных клетках присутствуют как автотрофные органоиды ― хлоропласты, так и гетеротрофные ― митохондрии. Таким образом, и с позиций биохимии гетеротрофное питание не чуждо зелёным сосудистым растениям.
Существенным моментом функционирования системы почва-растение является то, что в процессе биологического круговорота химических элементов, необходимых живым существам, происходит круговорот органических молекул, многократно используемых на различных пищевых уровнях системы.
То есть, помимо известного круговорота углерода: растения => опад и отпад (почва) => гуминовые вещества => углекислый газ => растения (Рис. 8А), существует второй цикл углерода (круговорот органических соединений, являющихся структурными фрагментами макромолекул, например, фенилпропановыхсоставляющих лигнина): растения => опад и отпад (почва) => гуминовые вещества => структурные единицы и/или фрагменты макромолекул (органические нутриенты) => растения, который является также дополнительным циклом и азота (Рис. 8Б). Включение фитофагов, хищников, сапротрофов не нарушает эти оба круговорота углерода. Может немного измениться скорость трансформации, а также состав и количество поступающего в почву органического материала, но суть будет та же (Рис. 8В).
Биологический смысл потребления растениями органических соединений заключается в том, что растения в результате использования полученных извне органических веществ «экономят» энергию за счёт встраивания в своё тело структурных и функциональных блоков биологических макромолекул. По нашему мнению, в системе почва-растение «по кругу ходят» структурные фрагменты биологических макромолекул, например, лигнина. Так, сначала структурные фрагменты лигнина с опадом и отпадом поступают в почву, часть из них в результате трансформации встраивается в гуминовые вещества, затем с гуминовыми веществами они поступают в растение, и после гидролитического разложения встраиваются в клеточную стенку.
Поясним, на синтез одного структурного фрагмента лигнина в растении, например, такого простого, как коричная кислота, вещественно расходуется 2 молекулы глюкозы (Рис. 9):
1) глюкоза => гликолиз => двемолекулы фосфоенолпировиноградные кислоты;
2) глюкоза => пентозофосфатный путь => эритрозо-4-фосфат (две молекулы глюкозы => эритрозо-4-фосфат + ксилулозо-5-фосфат);
Из фосфоенолпировиноградной кислоты и эритрозо-4-фосфата через путь шикимовой и префеновой кислот может синтезироваться коричная кислота. Для энергетического обеспечения синтеза коричной кислоты через образование шикимовой и префеновой кислот необходимо 105 молекул АТФ или примерно столько же энергии, сколько образуется при окислении (или полном, или по пентозофосфатному пути) трёх молекул глюкозы. На синтез же пяти молекул глюкозы затрачивается 330 АТФ. То есть на синтез одного структурного фрагмента лигнина минимально необходимо 5 молекул глюкозы (без учёта расходов на их транспорт). При ассимиляции же растениями аллохтонного фрагмента лигнина (например, в виде арилгликопротеидного структурной единицы ГВ) растение и «экономит» часть молекул глюкозы.
Если растения извне получат коричную кислоту, то в результате пять молекул глюкозы будет сэкономлено. «Сэкономленную» энергию растение может направить на синтез средств своей защиты: фитонцидов и фитоалексинов, что, в свою очередь, будет способствовать увеличению устойчивости растений к заражению фитопатогенными бактериями и грибами.
Фитонциды — образуемые растениями биологически активные вещества, убивающие или подавляющие рост и развитие бактерий, микроскопических грибов, простейших. Термин предложен Б.П. Токиным в 1928.
Фитоалексины— компоненты системы устойчивости растений к болезням, естественные растительные антибиотики, инактивирующие микробных возбудителей заболеваний (например, пизатин в горохе, фазеолин в фасоли). Фитоалексины появляются лишь в ответ на нарушение поверхностной ткани.
Кроме того, дополнительную защиту растений от корневых гнилей создают микоризные грибы. Если корни будут закрыты микоризой, то вопрос инфицирования фитопатогенными грибами отпадет сам ― растения будут надежно защищены. Но за это растениям нужно обеспечить микоризу углеводами.
Суть биологической коррекции ― восполнение недостающих звеньев агротрофосистемы почва-растение, утерянных при сельскохозяйственном освоении земель, к которым относятся:
— хорошо гумифицированный органический материал мюллевого типа гумуса;
— азотфиксирующие микроорганизмы;
— литолитические организмы.
Ведущую роль при воспроизводстве определённых звеньев агроэкосистем играют гуминовые вещества почвы, являясь одним из основных звеньев функционирования экологических систем. При этом обязательно должны учитываться физиологические особенности растений.
Напомним, гумус мюллевого типа наиболее благоприятен для роста и развития растений, он образуется в почвах только при наличии трёх функциональных групп почвенной биоты (Рис. 10):
1) комплекса микроорганизмов, включая прокариотов и протистов, а также грибов;
2) микроскопических беспозвоночных с размером тела, не превышающим 2 мм;
3) представителей мезофауны ― беспозвоночных с размером более 2 мм, особенно дождевых червей.
Поэтому если в почве в результате химизации останется только комплекс микроорганизмов и грибов, то гумус в почве будет грубый (мор). При более щадящем воздействии на агропочвы будет формироваться модер-гумус. Только при наличии в почвах дождевых червей будет образовываться мюллевый гумус. В большинстве пахотных почв нет дождевых червей. Их убило применение минеральных удобрений и химических средств защиты растений. Поэтому мюллевый гумус в пахотных почвах практически не образуется.
В связи с чем один из эффективных и экономически оправданных методов управления продукционным процессом растений, позволяющий компенсировать недостаток мюллевого гумуса в пахотных почвах, ― некорневая обработка посевов растворами гуминовых веществ. Эффект усиливается при добавлении в раствор гуминовых веществ соединений микроэлементов.
Гуминовые вещества по характеру действия на растения ― неспецифические регуляторы роста. Они могут поступать в растения через корневую систему при условии наличия в почве мюллевого гумуса.
Возможность поступления сложных органических молекул (в том числе гуминовых веществ) в растения через корневую систему и их дальнейшая ассимиляция являются хорошо доказанным фактом.
Существование случаев потребления и усвоения растениями органических соединений значительно расширяет представление о питании растений и о путях регулирования их продукционного процесса.
Действие гуминовых веществ на биофизические и биохимические процессы, происходящие в растениях, ― множественное (Рис. 11).
Поступление гуминовых веществ в растения способствует:
― увеличению проницаемости клеточных мембран;
― снятию стресса после применения пестицидов;
― оптимизации в растениях соотношения органических и минеральных анионов;
― использованию некоторых компонентов гуминовых веществ в качестве структурных фрагментов биологических макромолекул;
― индукции экспрессии генов;
― ускорению циркуляции нутриентов внутри растений.
В результате в растениях:
― оптимизируется дыхание и фотосинтез;
― облегчается транспорт и круговорот питательных веществ;
― ускоряется биосинтез;
― увеличивается синтез фитонцидов и фитоалексинов;
― снижаются мутации;
― уменьшается содержание нитратов;
― повышается коэффициент использования минеральных удобрений (снижается вымывание минеральных удобрений из почв).
Таким образом, методы физической и химической коррекций продуктивности растений создают необходимые условия для роста и развития растений, как бы закладывают фундамент урожайности сельскохозяйственных культур, а биологическая коррекция, «заставляющая» растения проявить свои резервные функции, способствует дополнительному повышению урожая и улучшению качества продукции растениеводства, в свою очередь, средства биологической защиты вместе с пестицидами сохраняют урожай.
На Рис. 12 представлена общая схема воздействия на продукционный процесс сельскохозяйственных культур. На наш взгляд, для оптимизации продуктивности растений необходима и физическая, и химическая, и биологическая коррекции. Можно спорить, какими должны быть физическая и химическая коррекции, но без них не обойтись, если задаться целью оптимизации функционирования системы почва-растение.
Понимая, как функционирует система почва-растение, можно перейти к управлению продукционным процессом сельскохозяйственных культур. На Рис. 13 представлено схема безотходного сельскохозяйственного производства.
Ведущая роль почвенного органического вещества в питании растений позволяет более обоснованно подойти к оценке современного сельского хозяйства. Трофическая функция органического вещества почв тесно связана с плодородием. С почвенным органическим веществом связан не только минеральный, но и азотный, и углеродный круговороты нутриентов растений.
Использование экологического подхода позволяет рассматривать почвенное плодородие как следствие биологического круговорота биофильных элементов в экосистемах, а концепция органического питания растений может служить теоретической основой для обоснования системы биологического земледелия.
Правомочность биологической коррекции подтверждается полевыми опытами в производственных условиях, которые проводились в течение 22 лет на территории Ленинградской, Тамбовской, Курской, Орловской, Волгоградской и Астраханской областей. То есть испытания проводились на агродерново-подзолистых почвах, агросерых почвах, агрочернозёмах, агрокаштановых почвах и агросерозёмах. Усреднённая величина прибавки урожая сельскохозяйственных культур составляла 15—35%, а в некоторых случаях и более, при этом качество получаемой продукции также улучшалось.
* * *
Пример успешной биологической коррекции
На Рис. 14 приведены некоторые примеры результатов многолетнего производственного применения гуминово-минерального удобрения.
АОЗТ «Всеволожское» Ленинградской области десять лет назад за счёт использования некорневой обработки сельскохозяйственных культур растворами гуминовых веществ на территории 100 га получило почти миллион рублей прибыли.
Кроме того, в Тамбовской области с привлечением ЦАС «Тамбовский» были проведены два полевых производственных эксперимента: один — на кормовой свёкле, другой — на кукурузе. Как следовало из полученных результатов, в опыте с кукурузой наблюдалось повышение не только урожайности зерна, но и содержания в нём белка. В случае кормовой свеклы возрос не только урожай корнеплодов, но и содержание в них сухого материала, сахара, ионов кальция, фосфат-ионов и белка, и снижение — нитрат-ионов.
Аналогичные результаты — увеличение содержания белка — были получены также в случае многолетних трав и зерна ячменя, выращенных в агроклиматических условиях Ленинградской области. Кроме того, некорневая обработка гуминовыми веществами приводила к увеличению механической прочности соломины зерновых культур за счёт увеличения содержания лигнина.
Некорневая обработка растений гуминовыми препаратами наряду с прямым их влиянием на биохимические процессы растений позволяет увеличить потребление минеральных веществ из почвы, что, в свою очередь, также приводит к ускорению роста и развития сельскохозяйственных культур. Следует заметить, что максимальная эффективность некорневой обработки культурных растений гуминовыми препаратами достигается при высоком уровне производственного потенциала почв.
Использование гуминовых препаратов позволяет:
1) оптимизировать рост и развитие растений;
2) увеличить коэффициент использования минеральных удобрений;
3) создать необходимые пропорции микроэлементов под конкретную сельскохозяйственную культуру в зависимости от почвенно-геохимических условий;
4) активизировать деятельность ризосферных микроорганизмов и микоризных грибов.
Влияние некорневой обработки культурных растений растворами гуминовых веществ на физиолого-биохимические процессы, происходящие в них, наиболее ярко проявляется вследствие:
— различных стрессовых нарушений гомеостаза;
— одновременного поступления с биофильными микроэлементами;
— недостаточного обогащения растений лигнином.
Таким образом, высокая биологическая активность гуминовых веществ играет важную роль в обеспечении высокой биологической продуктивности системы почва-растение.