МЕТОДОЛОГИЧЕСКИЕ И ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ БИОЛОГИЗАЦИИ СИСТЕМ ЗЕМЛЕДЕЛИЯ

С точки зрения общей теории систем система земледелия — многоуровневая сверхсложная, что обусловлено прежде всего взаимодействием в ней абиотического, биологического
и социального факторов, каждый из которых сам по себе является сложнейшей подсистемой, часто выступающей в качестве самостоятельной системы.

В соответствии с ныне доминирующей концепцией интенсификации земледелия сущность системы земледелия как научно обоснованного агроэколого-экономического комплекса аккумулируется в категории урожая в результате сложного взаимодействия почвы, растений, климата, агропроизводственной деятельности человека на определенной территории во времени. В этом смысле считается, что главная цель системы земледелия — это получение максимальных урожаев. При этом основным методом достижения этой цели, применяемым
в современных интенсивных технологиях, является постоянное увеличение количества вносимых удобрений. У производственников, да и у многих «ученых», сложилось «научно обоснованное» мнение, что чем больше вносятся удобрений, тем выше плодородие почвы. Сложившаяся в мировом сельскохозяйственном секторе ситуация выдвинула на первый план необходимость по стоянного увеличения количества сельскохозяйственной продукции в условиях устойчивой тенденции сокращения площадей сельскохозяйственных угодий. Это предполага ет изменение парадигмы сельскохозяйствования земель,в основе которой — сущность системы земледелия, которая состоит в постоянном увеличении потенциального
(природного) плодородия почв, а не урожаев. Постепенное увеличение естественного плодородия почв повлечет за собой увеличение урожаев. При этом следует осознавать, что на черноземных почвах минеральные удобрения к плодородию почв не имеют никакого отношения. Период с шестидесятых годов прошлого столетия показал, что минеральные удобрения — это дорогостоящее средство незначительного повышения урожайности сельскохозяйственных культур. В этом смысле один из основателей агрофизики А. Г. Дояренко называл минеральное удобрение «прямым кормлением растений» и отождествлял его с благотворительными обедами для бездомных: оттого что они один раз едят досыта, их жизнь
не меняется. Аналогично этому при внесении в почву элементов минерального питания урожайность растет, а уровень плодородия как раз наоборот — падает. Сейчас почвенные ресурсы мира переживают этап, когда на фоне роста урожаев плодородие почв уменьшается. При сохранении в земледелии существующих сегодня точек зрения на управление (повышение) потенциально го (природного) плодородия перспектива превращения почвы из « живого тела» (по выражению В. В. Докучаева) в «субстрат» неизбежна. Наряду с физической деградацией внесение минеральных удобрений ведет к «опустыниванию» черноземов. (Об этом должны беспокоиться те, кто паникует по поводу исчезновения черноземов).Используемые в традиционном агрохимическом анализе методы определения так называемого плодородия почв, когда определяется NPK, общий гумус почвы и рН (пусть в Каховке, Германии, Франции и где угодно и самыми современными приборами), привнесенные с середины ХIХ столетия, когда победила теория минерального питания
Ю. Либиха, являются определением так называемого производственного потенциала почв и не дают представления об их плодородии. Мы полностью разделяем мнение А. Г. Харченко, генерального директора группы компаний БИОЦЕНТР, высказанное в 2011 году, что применяемое еще с ХIХ столетия определение плодородия — лозунговое, а к лозунгам нуж но относиться очень внимательно.Современное понимание плодородия почв, имеющее процессную сущность, высказанное В. В. Егоровым (1981) и развитое А. И. Поповым (2006) и румынским микробио логом Георге Штефаником (2012), связано с пониманием процессов кругооборота питательных веществ в почве, симбиотического взаимоотношения высших растений и микроорганизмов почвы, со взаимоотношением последних друг с другом, с вовлечением в кругооборот из нерастворимых минеральных компонентов почвы (первичных и вторичных) содержащихся в них фосфора, калия и других химических элементов, необходимых для питания растений. Для того, чтобы решать производственные
проблемы, связанные с повышением природного пло дородия, нужно понять, что плодородие есть следствие кругооборота биофильных элементов в природе. Если это понять, то производственные проблемы решаются просто: чем быстрее идет кругооборот биофильных элементов в системе почва-растение, тем выше природный потенциал (природное плодородие), соответственно, тем выше урожайность. Кругооборот этот происходит благодаря действию того компонента почвы, который называют активным, или лабильным гумусом. Стабильные гумусовые вещества вли яют на плодородие почвы через агрегатную структуру, которая отвечает за основные агрофизические свойства (плотность сложения, порозность общая и дифференци альная, влагоемкость, воздухоемкость, сопротивление расклиниванию и др.) и почвенно-функциональные режимы (водно-воздушный,  идротермический, водный,аэрации, тепловой, окислительно-восстановительный, биологический и др.). Лабильный гумус представляет собой живую биомассу почв: микробы, жучки, червячки и прочие обитатели почв и то, чем они питаются – остатки растений и животных в различной степени разложения (Jigău s.a., 2018a, 2018b, 2018c). Именно эта фракция является основным источни ком питания растений в естественных экосистемах (в них никто но вносит минеральные удобрения).Стабильный гумус является запасным веществом биофильных элементов. Исходя из этого приверженцы точки зрения о плодородии почвы, навязанной последователями Ю. Либиха, призывали к минерализации органи- ческого вещества почвы и рассматривали активный гумус лишь как потенциал по содержанию минеральных веществ, компонент почвы, который нужно разложить,минерализовать, чтобы эти питательные элементы стали доступными.Минерализация активного гумуса привела к тому, что живая биомасса почв уменьшилась с 30 т/га на гектар до 2-4 т/га. Это привело к тому, что уменьшился коэффициент отдачи минеральных удобрений. На заре внедрения в сельскохозяйственную практику теории Либиха 1 кг вносимых в почву минеральных удобрений NPK давал 28 кг прибавки урожая зерна, сейчас – 3-4 кг, а в отдельные годы — 1-2 кг, что при современных ценах на удобрение ставит их применение на грань рентабельности (Jigău, Gorodenco, 2006). Последствия потери активной части гумуса известны – даже при достаточном обеспечении минеральным питанием растения не могут сформировать полноценный урожай. На современном этапе развития черноземов биологизация агросистем является единственным механизмом восстановления целенаправленного процесса черноземного почвообразования и расширенного воспроизводства природного плодородия. Движущей силой этих процессов являются взаимоотношения почва-растение. Теоретической основой биологизированных систем земледелия является учение о регулировании продукционного процесса в агроценозах и воспроизводстве плодородия почв. Растение и почва рассматриваются как единое целое, как основной фактор устойчивости земледелия. Приоритет биотехнологического начала определяет агрономическую суть и основу биологизированных систем земледелия. Это единство достигается путем максимальной адаптации агроэкосистем к конкретным условиям агроландшафта с нормативными экологическими ограничениями. Концепция единства почвы и растения заключается в том, что в современных системах земледелия теоретически правильно и практически необходимо рассматривать почву и растение как единое целое, как основной фактор, определяющий эффективность всей системы. Теоретическая концепция единства почвы и растения в современ ном земледелии выражается в следующем:1. В ней предусматривается необходимость повышения биопродуктивности почв (соответственно, и урожаев) за счет постоянного расширенного воспроизводства  потенциального (естественного) плодородия почвы.2. Любой агротехнический и мелиоративный прием должен разрабатываться не исходя из требований растений, а исходя из необходимости оптимизации функционирования почвенной системы, что приведет к улучшению взаимодействий системы почва-растение и росту урожайности культурных растений. 3. Обязательна экологическая сбалансированность применяемой системы земледелия. Это предполагает системную оптимизацию всех компонентов применяе мой системы земледелия.4. Концепция единства почвы и растения предполагает сведение до минимума процессов деградации почв,
вызванных природными или антропогенными факторами. 5. Методологической основой повышения естественного плодородия почвы в условиях агроэкосистем является системное управление типогенетическими процессами (образование и накопление гумуса, биогенная аккумуляция биофильных элементов, биогенное и коагуляционное оструктуривание).
6. Все организационно-экономическое обеспечение земледелия должно соответствовать задачам оптимизации взаимодействия системы почва-растение и целенаправлннного расширенного воспроизводства естественного плодородия почв. Из приведенных принципов концепции единства почвы и растения следует вывод, что при всей важности эконо-
мических и социальных связей в земледелии они все же вторичны по отношению к создаваемому продукту. Первичным является биологическое существо этого продукта. Влияние природных факторов на биопродукционный процесс обусловлено почвой, климатом, растением.Вторичными и субъективными факторами, влияющими на биопродукционный процесс и размер земледельческого продукта, являются технологии производства продукции (соотношение культур в севообороте, энергетическое обеспечение и др.), экономические, социальные и даже исторические условия. Связующей основой первичных и вторичных факторов является культурное растение, урожайность которого зависит от функционирования системы земледелия в целом. Среди факторов формирования урожая основное значение имеет естественное плодородие почвы и потенциальная продуктивность растений. Они в первую очередь лимити руют эффективность системы земледелия. Это обусловлено тем, что эффективность использования возрастающих количеств факторов жизни растений (удобрение, ирригации и др.) определяется естественным плодородием почвы. Именно поэтому ни один агротехнический прием, применяемый в целях обойти этот закон (точное, прецизионное земледелие, удобрения исходя из количества физиологически активной радиации, программирование урожаев и др.), не может обеспечить ожидаемый результат.
Одновременно повышаются требования к культурному растению, направленному изменению его природы для получения максимального урожая. Другие факторы урожая (производственная деятельность человека, погодные условия урожая и время) реализуются в конечном итоге через почву и растение. В земледелии, ориентированном на рациональное использование биологических ресурсов почвы и растения, традиционное представление о разделение ведущих факторов урожая неверно. При системном подходе по-
чва и растение неразделимы. Известно, что почва (хотя ее плодородие и первично по отношению к урожаю) по принципу обратной связи своему существованию в значительной мере обязана растению ( урожаю). Преимущественно через растение обеспечивается расширенное воспроизводство плодородия почвы, его важнейшего компонента — гумуса. Благодаря биологической природе и энергетической ценности гумус создает биоэкологическую среду для развития растений. В растении, в свою очередь, не может осуществляться продукционный процесс без почвы, ибо она ее основа. Обеспечение растения водой, азотом, зольными элементами, в значительной мере диоксидом углерода и кислородом, физически активными веществами – это прямая или посредническая функция почвы. Тесная связь плодородия почвы с живыми организмами нашла отражение и в представлении В. И. Вернадского о почве как о биокосном теле.  В развитие этого представления считаем, что почвенное плодородие и биопродуктивная функция почвы являются результатом взаимодействия внешнего биоценоза (агрофитоценоза) с внутренним биоценозом (почвенной биотой) (Жигэу, 2014, 2015, 2017). Особое место в управлении взаимодействия почва–растение имеют новые взгляды на механизмы питания растений, сформулированные А. И. Поповым (2006) на основании собственных экспериментальных данных и анализа научной литературы (Попов,Чертов, 1993; Попов, 2004) и обобщенные в концепции органического питания растений.  В соответствии с этой концепцией высшие зеленые растения можно рассматривать как факультативные гетеротрофные организмы с симбиотным пищеварением (Попов, Чертов, 1993). Они, во-первых, могут поглощать и ассимилировать органические соединения, в том числе и сложные. Во-вторых, растения обладают всеми основными типами пищеварения.Растения способны получать структурные фрагменты ма-
кромолекул лигнина, белков и других органических соединений непосредственно из гумусовых веществ. При этом ассимиляция зелеными сосудистыми растениями структурных и функциональных блоков биологических макромолекул является распространенным дополнительным типом питания в природных условиях, который обеспечивает существенный энергетический и структурный выигрыш на уровне экосистем. Этот механизм питания, по-видимому, сохранился с ранних этапов эволюции биосферы (Попов, Чертов, 1993).
Потребление растениями органических соединений с позиций трофологии (растения как автотрофы с факультативным гетеротрофным симбиотическим питанием) значительно расширяет представление о питании растений и о путях его регулирования. В частности, помимо основного известного цикла углерода: растения опад и отпад (почва) – гумусовые вещества углекислый газ – растения, существует второй цикл углерода (круговорот органических соединений, являющихся структурными фрагментами макромолекул, например, фенилпропановых фрагментов лигнина): растения-опад и отпад (почва) гумусовые вещества — структурные единицы и/или фрагменты макромолекул (органические нутриенты)- растения, который является также дополнительным циклом и азота. При подключении в эту трофосистему фитофагов цепь удлиняется, но суть ее не меняется — изменяется лишь состав и количество поступающего в почву органического материала. Биологический смысл потребления растениями органических соединений заключается в том, что растения в ре-
зультате использования полученных извне органических веществ «экономят» энергию за счёт встраивания в своё тело структурных и функциональных блоков биологических макромолекул. Согласно этой концепции в системе почва-растение «по кругу ходят» структурные фрагменты 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 гумусовыми веществами они поступают в растение, и после гидролитического разложения встраиваются в клеточную стенку (Попов, Чертов, 1997). Трофическая функция органического вещества почв тесно связана с трофической функцией самой почвы — ее плодородием. С почвенным органическим веществом связан не только минеральный, но и азотный, и углеродный круговороты нутриентов растений. В экосистемах в процессе биологического круговорота существенную роль играет круговорот органических соединений (структурных и функциональных блоков биологических макромолекул), многократно используемых на различных трофических уровнях экологических систем для построения прежде всего фитомассы растений и гумусовых кислот. Круговорот органических веществ в фитоценозах (естественных и антропогенных) можно рассматривать как специфическую замкнутую двойную трофическую цепь,в которой утилизация почвенной биотой опада и отпада растений (их «поглощение») сопровождается созданием (посредством той же биоты) источника пищи для растений — специфических (гумусовых) соединений.В соответствии с вышеприведенными теоретическими положениями плодородие почв — естественно возобновляемое свойство, которое является отражением направленности, интенсивности и динамики процессов мобилизации, содержащихся в минеральной части и биологической аккумуляции фитонутриентов, а также обеспечивающих благоприятные условия для поступления воздуха,воды и веществ из почвы в растения. В этом случае управление почвенным плодородием пахотных почв предполагает научно обоснованные ландшафтно-адаптированные меры для коррекции типогенетических процессов, ответственных за естественное возобновление плодородия почвы. Это предполагает несколько видов коррекции: 1) физическую, 2) химическую и 3) биологическую. Физическая коррекция предполагает систему агротехнических, агромелиоративных и гидромелиоративных мероприятий, направленных на поддержание благоприятного для культурных растений тепло-водно-воздушного и окислительно-восстановительного режимов почв,сохранение восстановления наилучшей агрономической структуры почв, использование щадящей механической обработки почв, адаптированной к конкретным условиям ландшафта/агроландшафта.Химическая коррекция — система мероприятий, направленных на восполнение содержания и сбалансированности элементов минерального питания растений в почве,ориентирована в основном на получение валовой продукции растениеводства и не учитывает природных законов, благодаря которым в естественных условиях (без
вмешательства человека) растения вместе с почвой образуют взаимосвязанную и взаимообусловленную систему.В биогеоценозах система почва-растение достаточно устойчива к различным неблагоприятным воздействиям. Кроме того, путь химической коррекции агроценозов (особенно при использовании одних лишь минеральных удобрений) приводит к почворазрушающим последствиям, и продолжающееся увеличение химизации сельского хозяйства в сочетании с многократной механической обработкой почв практически низводит почву на уровень гидропонной системы. Такой путь управления продукционным процессом культурных растений является тупиковым. Особую остроту данное направление приобретает в настоящее время — в условиях интенсивного антропогенного прессинга наземных экосистем. В агрофитоценозах, которые, по сути, являются разбалансированными биоценозами, трофическая связь между почвой и растениями нарушена, часть функциональных звеньев отсутствует. Для правильного функционирования системы почва-растение необходимо восстановить утраченные звенья. Самый простой путь — это создать благоприятные условия для растений и основных функциональных групп представителей почвенной биоты путем адаптации агроэкосистем к условиям ландшафта и внедрения мер по восстановлению экологических равновесий в агроландшафтах. Другой путь — это путь биологической коррекции. Суть биологической коррекции — восполнение недостающих звеньев системы почва-растение, воспроизводство которых осуществляется вне этой системы посредством искусственной их интенсификации. Основными слагаемыми биологической коррекции продуктивности фитоценозов являются хорошо гумифицированный органический материал (или гумусовые вещества), азотфиксирующие микроорганизмы (и свободно живущие, и клубеньковые), литолитические организмы (то есть организмы, способные к активному биологическому выветриванию минеральной массы почвы или почвообразующей породы). В существующих системах земледелия биологические особенности почвообразовательных процессов, к сожалению, не берутся во внимание, поскольку в центре представления о формировании урожая сельскохозяйственных культур находится известная теория минерального питания растений. Идеи Ю. Либиха были восприняты слишком буквально его сторонниками и последователями. Как следствие почвенные ресурсы мира достигли такого уровня деградации, в условиях которого не обеспечивается реализация потенциала урожайности сельскохозяйственных культур. В этом смысле, согласно современным представлениям,деградацию почв надо рассматривать не только как результат действия суммы факторов, ведущих к снижению содержания гумуса и ухудшению физико-химических по казателей, но и как следствие процессов, приводящих к сведению к минимуму (а то и к исчезновению) необходимых для гармонического развития растений почвенных микроорганизмов. Корни растений, как известно, находятся в окружении микроорганизмов, которые создают своеобразный «чехол» – ризосферу и являются трофическими посредниками между почвой и растением. Именно микроорганизмы превращают трудноусвояемые растением соединения в мобильные, оптимальные для поглощения и метаболизма. По образному выражению известного микробиолога Н. А. Красильникова, микроорганизмы, населяющие ризосферу растений, напоминают органы
пищеварения животных. Сегодня, к сожалению, в некоторых почвах отдельные  виды микроорганизмов находятся на грани исчезновения. Их место занимают нетипичные для  почвообразовательных процессов микроорганизмы, которые, соответственно, выполняют и нетипичные функции: они не «кормят» сельскохозяйственные культуры элементами
питания, а паразитируют на растительном организме.Потеря биологической активности почв приобретает особую значимость в связи с тем, что отмечается низкая интенсивность разложения запаханных в почву пожнивных остатков, в связи с чем не реализуются ожидаемые результаты образования гумусовых веществ, обеспечивающих воспроизводство почвенного плодородия. Зачастую их накопление на поверхности почвы или в верхнем слое профиля растительных остатков становится серьезной по мехой для посевных агрегатов. Кроме того, как известно,на пожнивных остатках сохраняется до 75% корневых гнилей, в связи с чем отмечается существенная интенсификация последствий накопления этих патогенов в почвах. Исследования Н. Фрунзе (2013) показали, что в условиях Молдовы величины микробной биомассы пахотных черноземов уступают целинным аналогам (Таб. 1, 2). В зависимости от вида возделываемой культуры, способа обработки почвы и дозы вносимых удобрений величины микробной биомассы варьировали в интервале 0,202-1,060 мг C/г, что составляет 1,34-2,53 % от общего углерода почвы. Микромицеты, активно участвующие в трансформации веществ в почве, представлены преимущественно семью родами: Pénicillium, Trichoderma, Alternaria, Fusarium, Mucor, Aspergillus и Botrytis, при достоверном доминировании представителей Pénicillium. Этим подтверждается тот факт, что среда обитания микроорганизмов в процессе хозяйственного использования почв приобретает карбоолиготрофные свойства, которые, ограничивая образование микробной биомассы, снижают и продуктивность почв.Согласно исследованиям Г. Меренюка с соавторами (2009),величины общей микробной биомассы в необрабатываемых и в обрабатываемых почвах колебались в пределах от 348 до 1336 мкг С/г и от 77 до 550 мкг С/г соответственно. Освоение почв во всех случаях без исключения привело к заметному снижению биомассы – в среднем в 3,4 раза. Та же тенденция проявилась и с показателями почвенного дыхания. Если в неосвоенных почвах уровень дыхания составлял от 0,43 до 1,66 мкг С-СО2 /г/час, то в
освоенных – от 0,22 до 0,81 мкг С-СО2/ г/час. Дыхание в последних было меньше, в среднем в 2,2 раза. По мнению авторов, это указывает на резкое снижение присутствия и активности почвенных микроорганизмов в современных агроусловиях. При этом ухудшение микробиологических свойств почвы происходит более высокими темпами, нежели ухудшение её физико-химических характеристик.Более значительное уменьшение биомассы по сравнению со снижениями темпов почвенного дыхания способствовало повышенным значениям индекса удельного дыхания в почвах агроценозов. В освоенных почвах единица микробной биомассы дышала интенсивнее (в среднем в 2,1 раза), чем в неосвоенных.
Известно, что повышение удельного дыхания происходит, как правило, при ухудшении экологических условий в почве, что заставляет клетки тратить больше энергии на самосодержание. Такие ситуации в почвах складываются в условиях резкого снижения запасов доступных свежих органических веществ. Вследствие этого в пахотных черноземах Молдовы постоянно присутствует экологический стресс, а микробиологическая деградация является не только следствием разовых перестроек, произошедших в момент включения почв в сельскохозяйственный оборот, но и результатом стабильно установившихся неблагоприятных условий. К аналогичному выводу авторы приходят и на основании факта относительного снижения микробного коэффициента в большинстве освоенных почв (в среднем он в 2,2 раза меньше, чем в неосвоенных). Уменьшение последнего означает сокращение доли углерода микробной биомассы (живого углерода) в общем органическом углероде почвы и связано с относительно высокими величинами снижения почвенной
органики. В этих ситуациях в освоенных почвах устанавливаются стабильно неблагоприятные для микроорганизмов условия, вследствие чего «выживает» примерно треть от их
исходного числа, которая при этом находится в стрессовом состоянии и не способна поддерживать на прежнем уровне баланс процессов синтеза и распада почвенной органики. Все это создает условия для деградации почвенного гумуса, которая и имеет место, и будет продолжаться до тех пор, пока не будут учтены и сняты факторы,подавляющие почвообразовательную активность микроорганизмов. В этом смысле авторы приходят к выводу о неприемлемости дальнейшего игнорирования особенностей функционирования агробиогеоценоза – этой сложной системы прямых и обратных связей между растениями, микроорганизмами и почвой. Ни одно из этих составляющих не может успешно существовать в отрыве или за счет других. Для реального улучшения эффективности земледелия необходимо отказаться от порочного «зацикливания» на урожае и «кормить» не столько растение, сколько почву, а точнее – всю почвенную экосистему. Высокие и стабильные урожаи станут возможны только тогда, когда будет обеспечено гармоничное стимулирование/улучшение всех биотических и абиотических составляющих почвы, среди которых находятся и почвенные микроорганизмы, в условиях биологизированных
систем земледелия.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *