Вы тратите целое состояние на фосфорные удобрения, а ваши растения все равно "недоедают"? Возможно, вы подходите к проблеме не с той стороны. Доктор Кристин Джонс раскрывает удивительный парадокс: фосфора в земле полно, но он спит. И ключ к его пробуждению – не в мешке с удобрениями
Мы часто слышим, что для хорошего урожая необходимо вносить удобрения, особенно азотные и фосфорные. Но так ли это на самом деле? Сегодня мы, ведомые нашим экспертом, докопаемся до сути: как растения действительно получают питание, почему фосфор – это «парадокс», и как мы можем разбудить спящие сокровища наших почв, не тратя при этом целое состояние на удобрения.
Сегодня нашим проводником в этот сложный, но захватывающий мир будет доктор Кристин Джонс, один из ведущих мировых специалистов по почвенной микробиологии из Австралии.
Уникальность Кристин в том, что она умеет переводить сложнейшие научные концепции на язык, понятный каждому фермеру и садоводу. Она не просто делится знаниями – она помогает нам увидеть почву живой системой и научиться с ней сотрудничать.
Почему же разговор о фосфоре так важен?
Потому что фосфор, в отличие от азота, которого полно в атмосфере, – ресурс конечный. Его добыча становится все дороже, запасы истощаются. Но Кристин Джонс предлагает взглянуть на проблему под другим углом: возможно, нам не нужно больше вносить фосфора, а нужно научиться освобождать тот, что уже есть в почве?
Сама Кристин начинает разговор с обезоруживающей честности, признавая, что ее предыдущее выступление на эту тему оставило у многих слушателей вопросы. Это показывает глубину проблемы – настолько сильны наши укоренившиеся представления об удобрениях.
«Я решила повторить этот семинар, потому что после предыдущего некоторые письма, которые я получила, показали, что многие люди не до конца поняли суть того, о чем я говорила.
Ко мне пришло немало писем с вопросами вроде: "Если вы считаете, что традиционные фосфорные удобрения – не лучший вариант, то какие фосфорные удобрения вы порекомендуете использовать вместо них?".
Я не смеюсь над теми, кто задавал такие вопросы. Наоборот, если вы были среди тех, кто спрашивал меня о конкретных фосфорных удобрениях, это лишь указывает на то, что в прошлый раз я, возможно, не смогла объяснить достаточно понятно. Поэтому я попробую еще раз, и надеюсь, что на этот раз будет яснее.
Проблема обсуждения фосфора заключается в том, что, по сути, мне нужно говорить о функционировании почвы в целом. Потому что фосфор, хотите верьте, хотите нет, на самом деле является весьма обильным минералом в большинстве почв. Однако при этом он один из наименее доступных и наименее подвижных элементов.
Другими словами, он практически не перемещается в почве. Даже когда вы вносите фосфорное удобрение, оно остается практически на том же месте, куда вы его внесли. А тот фосфор, который уже содержится в вашей почве, тоже остается неподвижным и, что еще важнее, находится в форме, недоступной для растений. Поэтому мы часто говорим о нем как об очень ограниченном ресурсе. Однако если взглянуть на общее количество фосфора в почвах, то в большинстве случаев это достаточно обильный ресурс. Нам просто нужно понять, как сделать его доступным для растений.»
Доктор Джонс сразу задает тон: мы будем разбираться не просто с фосфором, а с фундаментальными принципами работы почвы.
Она признает сложность темы и укоренившиеся заблуждения, которые мешают нам увидеть реальную картину.
И ключевая мысль уже прозвучала: фосфора в почве много, но он "заперт". Наша задача – найти ключ к этой сокровищнице, и ключ этот лежит в понимании жизни самой почвы. Давайте же последуем за Кристин в это исследование.
Почему растения не могут просто "пить" Питательные Вещества?
Мы привыкли думать о корнях как о соломинках, через которые растение всасывает воду с растворенными в ней питательными веществами. Отсюда и идея водорастворимых удобрений. Но Кристин Джонс разбивает этот упрощенный взгляд.
«Растения не могут двигаться. Это очевидно, мы все это знаем. Но мы не задумываемся о последствиях этого факта. Представьте растение, чьи корни уходят в почву. Его корни могут находиться только в одном конкретном месте. А я только что сказала, что фосфор неподвижен.
Если фосфор находится в 2.5, 5 или 15 см от корней, у растения нет никакой возможности его достать, даже если этого фосфора в почве предостаточно. И неважно, будет ли растение жить там три месяца, шесть месяцев, шесть лет или шестьдесят лет, а некоторые наши долгожители – и 600 лет.
На самом деле, чем дольше растение живет на одном месте, тем труднее ему становится получать все необходимое. Ведь любое растение, находясь на одном месте какое-то время, очень быстро исчерпает все, что находится в непосредственной близости от его корней.
Это то, о чем я хочу, чтобы вы помнили: должен существовать другой механизм, кроме простого всасывания растением питательных веществ через соломинку, как нас обычно учат верить.
У нас в голове сидит гипотеза: "ОК, если почва влажная и питательные вещества водорастворимы, растение будет поглощать влагу и одновременно с ней – все необходимое". Именно поэтому питательные вещества обычно вносят в водорастворимой форме.
Но на самом деле это так не работает, потому что если бы растения могли получать доступ только к питательным веществам в непосредственной близости от корней, как я уже сказала, они бы очень быстро начали голодать.»
Подумайте об этом! Корни исследуют лишь крошечный объем почвы. Если бы растение полагалось только на то, чем оно может "дотянуться" до питания, на корни - оно бы действительно быстро исчерпало все ресурсы. Это подводит нас к мысли, что должен быть кто-то еще, кто помогает растению, кто действует как его "руки" и "ноги" в почве, доставляя питание издалека. И этот "кто-то" – это микроскопические жители почвы.
Холонбионт: Растение + Микробиом = Единое Целое
Кристин вводит ключевое понятие – "холобионт". Это не просто растение, а единый суперорганизм, состоящий из самого растения и его микробиома (сообщества микробов).
«Что такое холобионт? Эту концепцию я представила на прошлом вебинаре. Холобионт – это, по сути, единое целое. Это растение и его микробиом, потому что оно не может функционировать без микробов вокруг своих корней.
Каждое живое существо – это холобионт. Люди – тоже холобионты, потому что мы не можем функционировать без микробов в нашем кишечнике. Жвачные животные – холобионты, потому что не могут функционировать без всех микробов в своем рубце.
Я приводила пример коровы: если мы уберем рубец у коровы, она никак не сможет выжить. Когда мы убираем микробиом – то есть микробов, живущих вокруг корней растения, – оно тоже никак не сможет выжить, если только мы не будем кормить его принудительно. И это именно то, что произошло в нашем современном сельском хозяйстве: действия, которые мы неосознанно совершали, – такие как оставление голой земли между культурами, даже большие участки голой земли между рядами (представьте кукурузу с широкими междурядьями и массой голой земли), или выращивание чего-то пару месяцев в году, а в остальное время земля пустует, – мы создали условия, в которых микробы не выживают в почве. Поэтому растениям очень трудно иметь эффективно функционирующий микробиом, но он им необходим, чтобы работать как единое целое.»
Это фундаментальное изменение перспективы! Растение не само по себе, оно – часть сложной системы. Мы, люди, получаем генетику от родителей, но микробиом – во многом от матери и среды, и он критичен для здоровья. Точно так же и у растений.
«В случае растительного холобионта, растения получают генетический материал от своих родителей, ситуация схожая. Мы знаем, что из семени пшеницы вырастет пшеница, а из семени кукурузы – кукуруза. Это все понимают. Но именно микробиом растения определяет, насколько здоровым и продуктивным оно будет. И микробиом также передается от одного растения к следующему поколению через семена. Семя несет в себе ядро микробиома от родительского растения.
Если родительское растение растет в почве, которая большую часть года пустует, или с большими голыми промежутками между рядами, или мы используем фунгициды, уничтожающие множество очень важных грибов в почве, или инсектициды, губительные для всей экосистемы, то велики шансы, что семена, произведенные этими растениями, будут иметь дефектное ядро микробиома.
И так, с последующими поколениями селекции в таких условиях, мы получаем растения, все менее и менее способные быть здоровыми. А мы пытаемся поддерживать эти растения все большим количеством удобрений, фунгицидов и инсектицидов. Это путь, по которому мы пошли, не осознавая, почему нам приходится использовать все больше химикатов.
Мы наблюдаем то же самое и в человеческом здоровье: люди становятся все менее здоровыми. Одно слово для этого – эпигенетика. То есть следующее поколение наследует менее функциональный микробиом от родителей, а дети этих детей, в свою очередь, наследуют еще менее эффективный микробиом. Так что это не столько связано с генетикой, сколько с микробами, и это одинаково применимо ко всем живым существам.»
Потрясающе! Получается, что здоровье растения (и наше!) зависит не только от генов, но и от невидимых партнеров, которых мы получаем "в наследство" и которые формируются под влиянием среды. И то, как мы обращаемся с почвой и семенами, напрямую влияет на здоровье будущих поколений растений. Кристин далее детализирует, где обитают эти микробы.
Давайте рассмотрим структуру микробиома растений. Во-первых, у растения есть корни, погруженные в почву, и вокруг этих корней формируется ризосферный микробиом – совокупность микроорганизмов, обитающих в непосредственной близости от корней.
Это наиболее изученная часть микробиома растений, и большинство людей знакомы с тем, что корни растений окружены микробным сообществом, играющим важнейшую роль.
Помимо подземной части, у растения есть надземные органы: стебли, листья, цветы, семена – все это называется филлосферой. И здесь тоже существует свой микробиом – филлосферный. Микроорганизмы обитают на поверхности и внутри листьев, стеблей, цветов и, конечно же, в семенах. Именно эти микробы, попадающие в семена, формируют ядро микробиома, которое имеет решающее значение для следующего поколения растений.
При этом важно понимать, что большинство микроорганизмов, которые в итоге оказываются в семенах, изначально поступают из почвы. То есть ризосфера является основным источником микробов для семян. Это значит, что если ризосфера нездорова, например, из-за применения фунгицидов и инсектицидов при обработке семян, это наносит значительный ущерб всему ризосферному микробиому с самого начала.
В результате у растения не формируется полноценный функциональный микробиом, необходимый для успешного взаимодействия с полезными эндофитами (микроорганизмами, живущими внутри растения). Как следствие, ядро микробиома оказывается обедненным, и следующее поколение растений также будет страдать от недостатка полезных микробов.
Если вспомнить, как развивалась эта ситуация на протяжении десятилетий, становится понятно, что здоровье как растений, так и почвы постепенно ухудшалось. Мы пришли к тому, что современные сельскохозяйственные культуры стали крайне зависимы от внешних "костылей" – азотных удобрений, фосфорных удобрений, фунгицидов и инсектицидов. Стоит убрать эти опоры, и урожайность резко падает. Эта ситуация возникла из-за того, что мы долгое время не понимали: растение должно функционировать как целостный холобионт – единое целое со своим микробиомом. Растению необходимы микроорганизмы во всех его частях.
На самом деле, в любой части здорового растения при детальном рассмотрении можно обнаружить больше микробных клеток, чем растительных. Микроорганизмы играют важнейшую роль в жизнедеятельности растения.
Итак, существуют эндофиты – полезные микроорганизмы, живущие внутри растения (термин "эндофиты" происходит от "эндо" – внутри и "фит" – растение). Совокупность этих внутренних микробов образует эндофитный микробиом. Микробы, обитающие на поверхности растения, формируют филлосферный микробиом. А в целом растение вместе со всеми его микробиомами называют холобионтом.
Но если мы рассматриваем не отдельно взятое растение, а разнообразные растительные сообщества – будь то смешанные посевы, поликультуры или просто соседствующие растения, – то взаимодействие их микробиомов создает еще более сложную систему, которую можно назвать социобионтом.
Это взаимодействие различных микробиомов – тоже крайне важный фактор. Важно не только состояние микробиома отдельного растения, но и то, как микробиомы разных растений влияют друг на друга, создавая единую, взаимосвязанную систему.
Целая вселенная разворачивается перед нами! Растение – это не изолированный организм, а сложная экосистема, населенная микробами снаружи (филлосфера), внутри (эндофиты) и особенно густо – вокруг корней (ризосфера).
Эти микробы передаются через семена, и их здоровье определяет здоровье растения. А когда разные растения растут вместе, их микробиомы взаимодействуют, создавая еще более сложную и потенциально продуктивную систему – социобионт. Это подводит нас к практическому вопросу: как понять, что наше растение функционирует как здоровый холобионт?
Ризочехол
Оказывается, есть видимый признак этого невидимого партнерства – так называемый ризочехол.
«Как узнать, что ваше растение действительно функционирует как холобионт? Что ж, если вы выдернете его из земли и посмотрите, вот это маленький сеянец злака из моего сада. Вот семя. От него идут первичные корешки, и все они покрыты почвой – это значит, у них есть ризочехол. И узловые корни, идущие от узла кущения, – вы увидите точно такое же у злаковых культур – они тоже покрыты почвой.
Это означает, что у них очень здоровый, функционирующий ризочехол. Ризочехол – это колонка почвы вокруг корня растения. Внутри этого ризочехла происходит масса биологической активности.
Я покажу вам через минуту, что происходит, если его нет. Некоторые говорят: "О, ризочехлы образуются только у растений семейства злаковых". Это правда, что злаки хорошо их формируют, но вот это маленький сеянец чего-то другого, вероятно, бобовое, и вы видите, что вокруг корней формируются агрегаты.
И опять же, все корни покрыты почвой. Я не вижу там белых корней. А это свекла, фотографию которой мне прислал Джесси Фрост в прошлом году. Я использовала ее и на прошлой презентации. Хотя свекла не образует микоризу, она все равно, если здорова, будет иметь ризочехлы на корнях.»
Картина ясна: если вы выдергиваете растение, и корни остаются голыми, белыми – это признак проблемы. Если же к корням плотно прилипает почва, образуя своего рода "чулок" или "муфту" – это ризочехол, знак того, что вокруг корней кипит жизнь. Что же происходит внутри этого чехла?
Давайте взглянем на удивительный мир, существующий внутри ризочехла здорового растения. Здесь, рядом с корнем растения, обитает огромное количество микроорганизмов – триллионы микробов! Чтобы осознать масштаб, представьте, что население Земли измеряется миллиардами – около 7 с лишним миллиардов человек на всей планете. А в этом маленьком пространстве, вероятно, находятся триллионы микроорганизмов. Это величины на порядок больше!
При сильном увеличении мы увидим множество грибных гиф. Среди них есть как симбиотические грибы, которые образуют прямую связь с растением (например, триходерма и микоризные грибы), так и сапротрофные грибы. И чем глубже мы изучаем почву, тем больше понимаем, насколько важны именно сапротрофные грибы. Они питаются экссудатами, выделяемыми корнями растений.
Ранее считалось, что основная роль грибов в почве связана с разложением органического вещества. Однако теперь мы знаем, что большинство грибов на самом деле тесно связаны с живыми растениями и используют лабильный углерод – иными словами, корневые экссудаты растений. Они могут получать питание непосредственно от растений, не обязательно являясь при этом симбионтами.
У сапротрофных грибов также есть свои собственные ассоциированные бактерии, которые образуют колонии на их поверхности. Вся наружная поверхность грибной гифы покрыта своеобразной биопленкой из бактерий. Таким образом, грибы, в свою очередь, "кормят" бактерии. А эти бактерии, получая питание от грибов, способны извлекать питательные вещества, делая их доступными для растений, точно так же, как и сами грибы.
Все эти организмы, обитающие рядом с корнем растения, находятся здесь не случайно. Они играют важнейшую роль в активации питательных веществ – например, фосфора – и в защите растения от вредителей и болезней. На таком сильном увеличении можно даже наблюдать маленькие капельки экссудатов, выделяемые корнем растения.
Запомним главное: 85-90% поглощения питательных веществ растением происходит при непосредственном участии микробов. То есть питательные вещества должны пройти через микробный "фильтр", чтобы стать доступными для растения. Именно поэтому так важно наличие этих ризочехлов вокруг корней – они обеспечивают эффективную работу всей этой сложной системы.
Фантастика! Ризочехол – это не просто прилипшая грязь, это целый мегаполис микроорганизмов, работающих в тесном сотрудничестве. Грибы (и симбиотические, и сапротрофные) и бактерии, питаемые корневыми выделениями (экссудатами), в ответ добывают для растения питательные вещества, включая наш "парадоксальный" фосфор, и защищают его. 85-90% питания – через микробов! Это полностью меняет представление о том, в чем на самом деле нуждается почва.
Дефицит: не Минералы, но Микробы!
Кристин подводит нас к сути фосфорного парадокса.
«Современные почвы на самом деле не испытывают дефицита минералов, таких как фосфор. Но они испытывают дефицит зависимых от растений микробов, способных добывать эти питательные вещества, такие как фосфор. Я расскажу чуть позже подробнее о формах фосфора в почве и о том, что именно должны делать зависимые от растений микробы, чтобы сделать этот фосфор доступным.
Но прежде я хочу сказать: почему мы думаем, что нам нужно добавлять фосфор в почву? И почему мы думаем, что нам нужно добавлять в почву азот?
Почему мы пришли к такому выводу?
А пришли мы к нему потому, что зависимые от растений почвенные микробы не функционируют эффективно в большинстве лабораторных условий.
Большую часть своей исследовательской карьеры я проработала в университете, проводя эксперименты с растениями, в основном со злаками. И вся почва, которую мы использовали для наших опытов в теплицах, была собрана, вероятно, за 12 месяцев до этого, пролежала все это время в большом бункере без растущих в ней растений. Любые зависимые от растений микробы, которые там были, за это время погибли бы. Затем мы брали эту почву из бункера, гомогенизировали ее, иногда стерилизовали, насыпали в горшки, сажали в нее растения.
Эти растения не будут хорошо расти, если мы не добавим водорастворимый фосфор и водорастворимый азот, потому что у них нет их "второй половины". Они не холобионты. Они – лишь половина целой системы – "полубионты"!
Они не могут работать.
Это как если убрать рубец у коровы – она не сможет работать. И если мы убираем микробиом у растений – они не могут работать. А как выглядят растения, которые являются лишь "полубионтами"?
Мы видим корни. Мы видим все эти, как я раньше думала, прекрасные белые корни у наших растений. Но это - проблема!
Потому что это означает, что единственный способ для такого растения с чистыми белыми корнями получить питательные вещества – это взять то, что находится прямо рядом с ним. И как только это закончится, оно будет испытывать дефицит, если мы не добавим еще. И нам придется добавлять эти вещества в водорастворимой форме, чтобы растение могло просто высасывать их из почвы, как через соломинку.
Мы провели десятилетия исследований на растениях, которые выглядели именно так. Так что можете выбросить большинство учебников, большинство исследовательских статей. Даже сегодня я могу взять статью – о, интересная статья о фосфоре или азоте – на которую потрачены тысячи, может, сотни тысяч долларов, проведено огромное исследование...
А потом смотрю и понимаю: либо это сделано в теплице с почвой, которая не была биологически активной, либо в поле с монокультурой в почве, которая, вероятно, была голой между посевами, или в почве, с которой десятилетиями так обращались. Другими словами, не в биологически активной почве.
Если почва не является биологически активной, да, вы получите отклик на азот и фосфор. Если же растение эффективно функционирует как холобионт, вы не получите отклика на азот или фосфор, потому что растению это не нужно – оно может получить их само.
Мы пришли к неверным выводам о том, что нужно растениям, потому что проводили исследования в неверных условиях. Но мы этого не знали. Я этого не знала в 1980-х и 1990-х. И если бы мне тогда сказали, что есть фермеры, способные выращивать высокопродуктивные культуры без внесения удобрений, я бы, вероятно, не поверила. Потому что у меня было глубоко укоренившееся убеждение, как и у большинства из нас, что нужно вносить удобрения – будь то в домашнем саду или в сельском хозяйстве – что это просто основной закон жизни, верно?
Посади семена, добавь удобрений – вот что заставляет растения расти. И мы все, почти все, верили в это. И верили очень долго. Поэтому так трудно выбить это из головы.
Нужно помнить, что все эксперименты и не только эксперименты в университетах, но и то, что мы видели в поле – в почвах, которые не были биологически активны по всем упомянутым причинам (в основном потому, что у нас было слишком много голой земли, и она была голой слишком долго), – все это происходило в нездоровых условиях.
Помните, эти микробы – зависимые от растений микробы. Нам нужны растения там все время. Нам нужно много разных видов растений, чтобы действительно стимулировать этот почвенный микробиом и сделать доступными такие вещи, как фосфор.»
Вот он, корень проблемы! Десятилетия исследований и полевой практики основывались на наблюдении за "больными" системами – почвами, лишенными жизни из-за неправильного ухода (голая земля, монокультуры, химия).
В таких условиях растения действительно нуждаются во внешних "костылях" в виде растворимых удобрений. Но это не естественное состояние! В здоровой, живой почве, полной разнообразных растений и микробов, картина совершенно иная. Растения сами, через своих микробных партнеров, могут обеспечить себя всем необходимым.
Гумус, Экссудаты и Углерод
И это еще не все. Микробы не только кормят растение, но и строят саму почву!
«Только растения и микробы, работая вместе, могут создать плодородную, хорошо структурированную почву. Потому что мы хотим не только, чтобы растения могли получать необходимые им питательные вещества из почвы, но и чтобы наша почва была хорошо структурирована.
И это действительно важная часть уравнения, потому что именно корневые экссудаты являются не только сигналами для микробов и пищей для них, но и отправной точкой для формирования почвенных агрегатов и хорошо структурированной почвы.
Если мы кормим растения водорастворимым азотом и водорастворимым фосфором, и они не производят эти экссудаты, они также не строят почву. И вдобавок ко всем прочим проблемам, вредителям и болезням, мы получаем еще и уплотненную почву.
Вот эта фотография, которую я показывала на прошлой неделе, стала одной из моих любимых. Это Скотт Рейвенкамп из Green Cover. Слева вы видите уплотненную почву. А в центре – почва, которая становится прекрасно структурированной просто потому, что растет под растением овса.
В этой ситуации не используется никаких синтетических удобрений. Растение производит массу экссудатов, чтобы получить азот, фосфор, все микроэлементы и все, что ему нужно. Но в процессе производства этих экссудатов для получения необходимого, оно также строит почву. Оно строит мягкую, пористую, хорошо агрегированную, прекрасно структурированную почву.
Так что почвообразование – это еще одна вещь, которую нужно учитывать, когда мы говорим о питательных веществах и их усвоении. Мы могли бы посмотреть на почву слева и сказать: "О, ну, может быть, это потому, что ее десятилетиями обрабатывали".
Что ж, это тоже может быть глубоко укоренившимся убеждением. А может быть, это не потому, что ее десятилетиями обрабатывали, а потому, что там росла однолетняя культура пару месяцев, а остальное время почва была голой? Мы должны учитывать и это.»
Какая наглядная иллюстрация! Растение, живущее в симбиозе с микробами, активно выделяет через корни органические вещества – экссудаты. Эти вещества – не просто плата за услуги по доставке минералов, это еще и "клей", который склеивает частички почвы в комочки (агрегаты), создавая ту самую рыхлую, пористую структуру, которая так важна для воды, воздуха и дальнейшей жизни в почве. Искусственно подкармливая растение, мы лишаем его стимула выделять экссудаты, и процесс почвообразования останавливается. Почва уплотняется, деградирует.
Кристин углубляется в химию этого процесса, показывая, из чего состоит "магия" плодородия – гумус.
«Эта хорошо структурированная почва имеет такую структуру благодаря наличию гумусовых молекул. Гумусовые молекулы состоят из элементов, поступающих из воздуха: углерода, кислорода, азота и водорода. Все они были соединены вместе ферментами почвенных микробов.
В процессе фотосинтеза фиксируется углекислый газ, затем растение направляет лабильный углерод в почвенный микробиом, активируя и поддерживая целую армию зависимых от растений почвенных микробов. Энергия передается через почву по грибным сетям – то, что ранее, 20 лет назад я называла "жидким углеродным путем", а теперь как "грибной энергетический канал".
Вся эта жизнь в почве, активированная выделением углеродных соединений и всеми сопутствующими процессами, означает, что наша почва теперь является живой системой. Как человек или животное, почва – это живое существо, способное образовывать соединения, подобные гумусу. Точно так же, как живое существо, например человек, может образовывать кости, зубы и кожу, соединяя элементы вместе. Наши кости, например, содержат кальций, фосфор и другие элементы, связанные в прочные полимеры. И наши тела создают все это. Биология в наших телах способна взять эти элементы, соединить их и создать все, что мы знаем как наше тело.
Когда почва живая и содержит множество разных микробов из различных функциональных групп, они могут работать вместе, чтобы взять эти элементы и связать их в то, что необходимо почве. А самое важное для почвы – это гумус. Поскольку почва так важна, так же важно иметь живую систему... этот процесс полимеризации, показанный на диаграмме, невозможен без микробной активности. Большинство этих микробов получают энергию от живых растений.»
Гумус – основа плодородия – это сложнейший полимер, созданный микробами из простых элементов (в основном из воздуха!) с использованием энергии от живых растений. Это еще раз подчеркивает: нет живых растений и активных микробов – нет и накопления гумуса, нет здоровой почвы. И здесь Кристин делает важное замечание о связи фосфора и азота на микробном уровне.
«Чтобы сформировать молекулу гумуса, необходим азот – он является ее неотъемлемой частью. Без биологической фиксации азота в почве образование гумуса невозможно. Мы подробнее обсудим этот вопрос на следующей неделе в лекции о "Решении азотного вопроса": как азот фиксируется биологически и включается в молекулу гумуса.
Но важный момент, который я хочу отметить сегодня: микроорганизмы, фиксирующие азот (бактерии и археи, преобразующие атмосферный азот в доступную для растений форму), стимулируются так называемыми фосфат-солюбилизирующими бактериями.
Эти бактерии играют ключевую роль в переводе нерастворимых фосфатов почвы в форму, доступную для растений.
Я знаю, что это звучит сложно, но в почве ничто не работает изолированно. Ни одна группа микробов не действует сама по себе. Бактерии, фиксирующие азот, и фосфат-солюбилизирующие бактерии также не работают в одиночку.
Меня раздражает, когда в исследованиях пытаются выделить определенные микроорганизмы, например, фосфат-солюбилизирующие бактерии, размножить их в лаборатории и продать фермерам как средство для улучшения роста растений. Однако такие микроорганизмы не работают изолированно!
Фермерам нужно не это – им нужно обеспечить разнообразие микроорганизмов вокруг здоровых живых корней. Для этого достаточно поддерживать разнообразие, обеспечивать наличие зеленого покрова как можно дольше и тем самым стимулировать ассоциированные с растениями микробы.
Когда мы вносим в почву растворимый фосфор, полагая, что растениям его не хватает, мы тем самым делаем ненужными фосфат-солюбилизирующие бактерии. Мы их не уничтожаем, но растения просто перестают их поддерживать. А без работы фосфат-солюбилизирующих бактерий нарушается и процесс биологической фиксации азота. Не знаю, удалось ли мне это объяснить понятно. Я понимаю, что это сложно.
Главное, что вам нужно понять: в почве должно быть множество разнообразных микробов, включая бактерии и грибы, которые играют важную роль.
Итак, если гумусовая молекула содержит биологически фиксированный азот, а мы добавляем водорастворимый фосфор, подавляя тем самым активность фосфат-солюбилизирующих бактерий, необходимых для стимуляции азотфиксирующих бактерий, мы тем самым нарушаем весь процесс почвообразования.
Надеюсь, теперь это стало понятнее.
В этом и заключается фосфорный парадокс. Мы считаем, что растениям нужен фосфор, основываясь на том, что мы наблюдаем, но наши наблюдения зачастую делаются в неподходящих условиях. Добавляя фосфор, мы запускаем целый каскад негативных последствий – не только для здоровья растений, но и для функционирования и структуры почвы.
В результате мы получаем уплотненные почвы с нарушенной структурой, добавляем еще больше фосфора, чтобы стимулировать рост растений, и в итоге сталкиваемся с тем, что почва просто смывается во время ливней. Нетрудно догадаться, что происходит с фосфором в итоге – он оказывается в реках, озерах и морях. Это проблема, которая только усугубляется. Нам нужно пересмотреть наше понимание функционирования почвы и изменить подход.
Вот это поворот! Внося растворимый фосфор, мы не только делаем растение "ленивым" в плане поддержки фосфатмобилизующих микробов, но и косвенно (!) подавляем фиксацию азота из воздуха, так как эти два процесса связаны на микробном уровне. А поскольку биологический азот нужен для построения гумуса, мы, получается, тормозим и само почвообразование. Парадокс в том, что, пытаясь помочь растению с фосфором, мы разрушаем естественные механизмы и плодородия, и азотного питания, и построения структуры почвы. Круг замыкается, и проблемы нарастают как снежный ком.
Углерод в почве: Не только питание, но и Климат
Кристин также затрагивает актуальную тему накопления углерода в почве как способа борьбы с изменением климата, приводя впечатляющий пример.
Сейчас очень популярно говорить о почве как о поглотителе углерода. Причем речь идет не только о том, что почва может сделать для нашего растениеводства и пастбищного хозяйства, но и о ее роли как поглотителя углерода для удаления углекислого газа из атмосферы. Мы знаем, что верхний слой почвы – это действительно самое логичное место для хранения углерода, поскольку он содержит в три раза больше углерода, чем вся растительность.
Два года назад произошло значимое событие как для Австралии, так и для всего мира: австралийский фермер получил австралийские углеродные кредиты (ACCU) за секвестрацию почвенного углерода в рамках правительственного фонда сокращения выбросов. Я упоминаю об этом, потому что это первый в мире случай, когда фермер получил углеродные кредиты за улучшение почвы по регулируемой государством схеме, основанной на точных измерениях.
За 24-месячный период Нильс Олсен секвестрировал почти 25 тонн CO₂-эквивалента на гектар. Я нахожу это очень интересным, поскольку данные были получены в рамках правительственной схемы с использованием строгих протоколов измерений. Почти каждый почвовед в Австралии последние 20 лет утверждал, что наращивать почвенный углерод в местных условиях невозможно. И вот фермер, который за 2 года накопил 25 тонн CO₂ на гектар – или 6,7 тонн углерода на гектар.
Не знаю, что теперь скажут эти ученые.
С моей точки зрения, особенно интересно то, что, по расчетам, две трети секвестрированного углерода поступили из корневых экссудатов. Измерения углерода проводились до глубины одного метра, и большая часть углерода накопилась именно в нижней части этого почвенного профиля, а не в верхнем слое. То есть углерод накапливался в глубине почвы благодаря корневым экссудатам.
Таким образом, мы возвращаемся к одному из первых изображений этой лекции – к фотографии корней с ризосферой и экссудатами. Именно это и строит почву, а также обеспечивает растение питанием.
Нильс Олсен не использовал азотные или фосфорные удобрения на протяжении последних 20 лет, однако сообщает о ежегодном росте продуктивности своей фермы.
В чем же секрет?
В растительном разнообразии. Это пастбищное хозяйство. Как Нильс добивается разнообразия? Он создал машину под названием "Sow-a-Key Renovator". С ее помощью он обрабатывает около 17% почвы на небольшую глубину – примерно 2,5-5 см – создавая семенное ложе для внесения разнообразия в монокультуру травы. Делая это каждый год, он сеет поверх уже обработанной площади разнообразную смесь растений и затем выпасает скот.
Именно так он увеличил содержание углерода в почве – за счет круглогодичного зеленого покрова и растительного разнообразия, без использования удобрений.
Этот пример просто поражает! Фермер не только обходится без удобрений 20 лет, но и повышает продуктивность, и при этом активно накапливает углерод в почве, причем в глубоких слоях, благодаря корневым экссудатам от разнообразных растений! Это мощнейшее доказательство того, что живая система "растения + микробы" способна и кормить себя, и строить почву, и даже вносить вклад в решение климатических проблем. Секрет – в разнообразии и постоянном присутствии живых корней.
Куда уходят Ваши деньги?
Теперь Кристин возвращается к фосфору и озвучивает неутешительные факты о судьбе вносимых нами удобрений.
Есть несколько ключевых моментов о фосфоре, которые нам нужно понять. Только 10-15% фосфора, вносимого в виде удобрений, усваивается растениями в год внесения. Задумайтесь об этом. Когда вы платите за фосфорные удобрения, помните: растения используют лишь 10-15% от внесенного количества. Остальные 85-90% связываются в почве и становятся недоступными для них напрямую. Как только фосфор оказывается в связанном состоянии и не активируется микробами, он, по сути, теряется для растений.
Таким образом, каждый год, внося фосфор, мы пополняем так называемый "почвенный банк фосфора".
Как же происходит связывание фосфора?
В кислых почвах (pH меньше 7) фосфор, будучи весьма активным и имея отрицательный заряд, образует нерастворимые соединения с алюминием, железом или марганцем – фосфаты этих металлов. После образования таких соединений растения уже не могут его получить.
В щелочных почвах (pH выше 7) фосфор связывается с кальцием, образуя нерастворимые дикальцийфосфат или трикальцийфосфат. Как только образуются эти соединения, фосфор также становится недоступным для растений.
Еще один важный аспект, о котором я уже говорила: фосфор практически не перемещается в почве, в отличие от азота (особенно нитратного), который быстро движется по почвенному профилю. При отсутствии эрозии внесенное фосфорное удобрение смещается не более чем на 3,8-5 см от места внесения.
На пастбищах поверхностное внесение фосфора делает его практически бесполезным, поскольку корни растений редко питаются с самой поверхности. В полевых культурах, где фосфор вносят рядом с семенами, он остается на том же месте. А когда корни уходят глубже – на 15, 30, 75 или 100 см – внесенный у поверхности фосфор становится для них недоступным.
Таким образом, мы тратим значительные средства на внесение фосфора, который быстро связывается и не может переместиться к корням растений.
Картина удручающая. Большая часть дорогостоящего фосфора, который мы вносим, почти сразу же "запирается" в почве, связываясь с другими элементами (в зависимости от pH), и становится недоступной. К тому же, он практически не двигается. Получается, мы кормим самый верхний слой почвы, а не растение, особенно когда его корни уходят глубже. Это колоссальные потери денег и ресурсов. А что же говорят стандартные агрохимические анализы почвы?
Сколько доступного фосфора показывает анализ почвы – будь то тест Брея, Моргана, Олсена или любой другой из десятка существующих методов? Доступный фосфор составляет очень малую часть от общего его количества в почве.
Например, тест Олсена (часто используемый в Новой Зеландии) показывает доступный фосфор как долю от общего фосфора в почве. В почвах с высокой анионной обменной емкостью (то есть тех, которые сильно связывают фосфаты) этот тест обычно выявляет около 1,4% от общего фосфора. В почвах с низкой анионной обменной емкостью тест Олсена покажет примерно 3% от общего фосфора.
Другими словами, практически в любой почве анализ на доступный фосфор покажет от 1,5% до 3% от общего количества фосфора. Остальные 97% или 98,5% не будут отражены в результатах анализа. И несмотря на это, мы зачастую идем и тратим деньги на покупку дополнительных фосфорных удобрений.
Итак, фосфор – это самый малоподвижный и малодоступный из необходимых растениям элементов. Именно поэтому в традиционных системах земледелия он часто становится основным фактором, ограничивающим рост растений.
Это просто шокирует! Стандартные анализы почвы показывают лишь мизерную долю (1.5-3%) от всего фосфора, который реально есть в почве. Неудивительно, что, основываясь на таких анализах, мы постоянно получаем рекомендации вносить еще и еще фосфора, в то время как огромные его запасы лежат мертвым грузом прямо у нас под ногами.
Как разбудить спящий Фосфор: Сила Биологии
Кристин предлагает схему, показывающую разные формы фосфора в почве и путь его высвобождения.
Давайте разберемся, что происходит с фосфором в почве. Доступный растениям фосфор – это лишь небольшая часть от общего его количества. Основная же масса фосфора находится в неорганической или органической форме, недоступной для растений.
Неорганический фосфор – это тот, который был внесен с удобрениями, но быстро связался с алюминием, железом или марганцем, став частью минерального пула почвы. Растения не могут легко получить к нему доступ. Это как попытка открыть дверь без ключа.
Органический пул фосфора – это фосфор, связанный с живыми организмами и углеродными соединениями в почве. Однако и он недоступен растениям напрямую, например, в форме фитатов.
Когда мы вносим водорастворимые фосфорные удобрения, они быстро переходят в недоступные формы. Но наша цель – наоборот, сделать фосфор доступным для растений.
Для этого необходимо активировать биологический цикл превращения фосфора. Ключевую роль в этом процессе играют почвенные микробы и фауна: бактерии, археи, грибы, простейшие, нематоды и другие организмы. Они помогают "переработать" недоступный фосфор, высвобождая его в форме, которую растения могут усвоить.
Таким образом, задача не в том, чтобы просто вносить больше фосфорных удобрений, а в том, чтобы активировать естественные процессы в почве, дать возможность микробам и фауне работать. Если мы простимулируем биологическую активность, фосфор начнет поступать в доступную форму именно тогда, когда он нужен растениям.
Когда растения активно растут, они выделяют лабильный углерод через корни, поддерживая так называемый "грибной энергетический канал". Грибы отлично "добывают" фосфор – это одна из их ключевых и очень эффективных функций.
Активируя этот канал, мы можем быстро перевести фосфор в доступную форму. В результате растения получают ровно столько фосфора, сколько им нужно, и он не теряется, не попадая в водоемы. Это как точная и слаженная работа хорошо отлаженного механизма. Самое главное – нам не нужно покупать дополнительные удобрения, так как мы просто активируем то, что уже есть в почве.
У всех вас достаточно фосфора, нужно лишь запустить естественные процессы, дать "зеленый свет" подземному миру почвы.
Вот оно, решение! Вместо того чтобы пытаться "накачать" крошечный пул доступного фосфора, который тут же связывается, нужно сосредоточиться на стимуляции жизни в почве. Именно микробы – бактерии, грибы и другие обитатели – способны постепенно "разблокировать" огромные запасы фосфора из неорганических и органических форм и доставить его растению по "грибным трубопроводам" точно тогда, когда он нужен. Это элегантный, эффективный и, главное, бесплатный путь!
Кристин подкрепляет это данными, показывающими, как уровень доступного фосфора в почве колеблется в течение года в зависимости от микробной активности.
Давайте проанализируем интересный график из Новой Зеландии, где отображены изменения уровня магния, фосфора, калия, кальция и pH почвы на протяжении 12 месяцев. Важно помнить, что в Южном полушарии сезоны сдвинуты относительно Северного, поэтому середина года соответствует зиме, а период Рождества – лету.
Обратите внимание на динамику фосфора. Уровень доступного фосфора достигает пика осенью и весной, когда микробная активность максимальна. Напротив, зимой и летом, когда стоит жаркая и сухая или холодная погода и активность микробов снижена, уровень доступного фосфора падает.
В Новой Зеландии агрономы нередко берут пробы почвы в периоды низкой микробной активности и рекомендуют фермерам вносить дополнительные фосфорные удобрения. Однако если бы они подождали до апреля, когда активность микробов возрастает, они бы обнаружили, что уровень доступного фосфора на 50% выше!
Этот график наглядно демонстрирует, как микробная активность влияет на доступность фосфора в почве. Общее количество фосфора остается неизменным на протяжении года, но уровень доступного фосфора колеблется в зависимости от активности микроорганизмов. Всплески на графике показывают, насколько значительно биологическая активность может повысить доступность фосфора.
Отсюда следует важный вывод: нам нужно сосредоточиться на стимуляции биологической активности в почве. Тогда мы сможем добиться такого же роста доступности фосфора и других питательных веществ, снижая потребность во внешних удобрениях.
Это очень важный момент! Уровень доступного фосфора – это не статичная величина, а динамический показатель активности почвенной жизни. Измеряя его в "мертвый" сезон, мы получаем заниженные результаты и неверные рекомендации. Наша цель – не поднять этот уровень искусственно, а создать условия для процветания микробов, которые будут поддерживать его на высоком уровне естественным образом.
Как оценить Успех?
Как же понять, работает ли наша стратегия по оживлению почвы? Кристин предлагает ориентироваться не только (и не столько) на стандартные анализы почвы.
Если мы стремимся улучшить содержание почвенного углерода, органического азота, органического фосфора и в целом оптимизировать круговорот питательных веществ, структуру почвы и здоровье растений, все это сводится к одному ключевому фактору – максимизации фотосинтеза.
Самый эффективный способ оценить это – не анализ почвы, а измерение показателя Brix (содержания сахаров) в соке растений. Также крайне важно проводить анализы зеленой массы (листовые анализы, тканевые тесты), чтобы понять, какие питательные вещества действительно усваиваются растениями.
Анализ зеленой массы гораздо информативнее анализа почвы для оценки способности растений получать доступ к фосфору и другим элементам. Он показывает, какие вещества стали доступными, переместились в растения и активно циркулируют через почвенное микробное сообщество.
Некоторые микроорганизмы обладают способностью производить фосфатазу – фермент, который высвобождает связанный фосфор, делая его доступным для растений. Именно этих микробов нам и нужно поддерживать. Как я уже упоминала, лучший способ сделать это – обеспечить растительное разнообразие. Для пастбищ это означает стратегический выпас. Также важно использовать биологически дружественные удобрения или, что еще лучше, биостимуляторы.
Важно помнить: если почва здорова, добавление фосфора не даст заметного эффекта. Если вы вносили фосфорные удобрения на протяжении последних 10 лет и использовали лишь 10% от внесенного количества, у вас уже накопился запас фосфора на следующие 90 лет, плюс то, что изначально содержалось в почве.
Итак, вместо того чтобы гоняться за цифрами в стандартном анализе почвы, который показывает лишь малую часть картины, стоит обратить внимание на само растение. Высокий уровень сахаров в соке (Brix) говорит об активном фотосинтезе – моторе всей системы. А анализ листьев покажет, какие элементы растение действительно смогло усвоить из почвы благодаря работе микробов. Ключ к успеху – разнообразие растений и использование биостимуляторов, которые "будят" нужных микробов, производящих ферменты (как фосфатаза) для высвобождения питательных веществ.
Выбор Будущего: Регенерация или Деградация?
Кристин предлагает нам сделать осознанный выбор.
Перед нами стоит важный выбор: каким путем мы хотим идти дальше в сельском хозяйстве? Изменения в почвенном микробиоме – ключ к тому, чтобы фермеры могли сократить расходы, восстановить здоровье почвы и повысить рентабельность своих хозяйств.
Мы можем продолжать двигаться по привычному пути, полагаясь на высокоэнергозатратные удобрения. Это означает высокие затраты не только на сами удобрения, но и на фунгициды, инсектициды и все сопутствующие средства. Такой подход ведет к ухудшению функциональности почвы и негативным экологическим последствиям – об этом всем известно.
Или же мы можем выбрать путь регенеративного сельского хозяйства. Несмотря на то, что этот термин за последние годы стал довольно избитым, суть его остается крайне важной. Основная идея заключается в том, чтобы отказаться от использования высокоэнергозатратных удобрений в пользу растительного разнообразия и биостимуляторов.
Такой подход не только улучшает функциональность почвы, но и позволяет снизить затраты. Помимо этого, он способствует улучшению здоровья растений, животных и людей, а также увеличению секвестрации углерода в почве. Это значит, что мы можем не только повысить эффективность сельского хозяйства, но и внести положительный вклад в состояние окружающей среды и здоровье сообществ, потребляющих нашу продукцию.
Выбор очевиден, хотя путь регенерации требует знаний и терпения. Это переход от борьбы с Природой к сотрудничеству с ней, от попыток "исправить" почву химией к созданию условий для ее самовосстановления и процветания.
Вопросы и Ответы
В заключении Кристин Джонс отвечает на насущные вопросы, проясняя важные детали.
Закон минимума Либиха и Регенеративное Земледелие
Как Закон минимума (рост лимитируется самым дефицитным фактором) соотносится с регенеративным подходом? Не проще ли выявить лимитирующий элемент и добавить его синтетически?
Закон минимума, сформулированный Юстусом фон Либихом, гласит, что рост растений ограничен тем фактором, который находится в наибольшем дефиците. Это вполне применимо, например, к воде: сколько бы удобрений вы ни вносили, без достаточного количества влаги растения не смогут расти.
Однако, когда речь идет о питательных веществах в почве и использовании синтетических удобрений, закон минимума становится менее однозначным. Бывают ситуации, когда растениям необходимы определенные микроэлементы, такие как цинк, играющий важную роль в иммунной системе растений.
В нездоровой почве мы часто вносим большое количество водорастворимых азотных и фосфорных удобрений. Растения могут продолжать расти, но их рост не будет здоровым из-за недостатка микроэлементов, полезных микроорганизмов (эндофитов) или, например, того же цинка. Согласно закону минимума, именно дефицит цинка должен ограничивать рост. Однако при избытке N и P растения продолжают расти, хоть и будучи не вполне здоровыми.
В естественной экосистеме, такой как прерия, закон минимума действует в полную силу. Но в наших искусственно созданных сельскохозяйственных системах он не всегда применим, потому что мы нарушаем природный баланс. Растения могут продолжать расти на фоне внесения NPK-удобрений, но их здоровье при этом страдает. В результате мы сталкиваемся с необходимостью использовать фунгициды и инсектициды, чтобы хоть как-то поддерживать их жизнеспособность.
Кристин тонко подмечает: в искусственно созданных, разбалансированных системах "закон минимума" работает иначе.
Мы можем "протолкнуть" рост с помощью NPK, игнорируя другие дефициты (микроэлементы, биологическая активность), но получаем слабое, больное растение, зависимое от химии. Регенеративный подход стремится восстановить баланс, чтобы все факторы были в оптимуме благодаря работе живой системы, а не только самые "громкие".
Аэробные и Анаэробные Процессы в Почве
Вопрос о роли кислорода. Нужно ли почве быть строго аэробной, ведь азотфиксация, как говорят, идет в анаэробных условиях?
Почва на самом деле представляет собой сложную смесь аэробных и анаэробных микроучастков. Если мы рассмотрим почвенные агрегаты – те самые водостойкие комочки, которые мы хотим видеть вокруг корней растений, – то внутри них наблюдается низкое парциальное давление кислорода. Именно эта особенность позволяет происходить таким важным процессам, как полимеризация гумуса и азотфиксация. Кислород, напротив, подавляет эти процессы.
Стоит вспомнить, что многие жизненно важные биологические процессы протекают в анаэробной среде. Например, человеческий кишечник, рубец коровы и кишечник дождевого червя являются анаэробными. Азотфиксация – один из таких процессов, требующих анаэробных условий. В клубеньках бобовых растений, где происходит азотфиксация, также наблюдается очень низкое парциальное давление кислорода.
Таким образом, в почве необходимы как аэробные, так и анаэробные участки, и они должны функционировать совместно. Часто встречается ошибочное мнение, что все анаэробное является негативным. Это не так. Например, определенные бактерии и археи не способны фиксировать азот в присутствии кислорода – для них анаэробные условия являются необходимым условием для выполнения этой важнейшей функции.
Это важное разъяснение. Здоровая, хорошо структурированная почва – это мозаика условий. Внешняя часть почвенных комочков может быть аэробной, но внутри создаются микрозоны с низким содержанием кислорода, где могут идти ключевые анаэробные процессы, такие как азотфиксация и формирование стабильного гумуса. Стремление к тотальной "аэрации" может быть контрпродуктивным.
Как растение "перестает поддерживать" Бактерии?
Как именно растение решает прекратить поддержку, например, фосфор-солюбилизирующих бактерий при внесении удобрений? Они уходят?
Если растение намерено поддерживать фосфор-солюбилизирующие бактерии, ему необходимо интенсифицировать фотосинтез, чтобы производить больше углерода и корневых экссудатов для их питания. Однако, когда мы вносим фосфор в водорастворимой форме, растению нет необходимости усиливать фотосинтез. По сути, мы лишаем его этой "работы".
Внесение водорастворимых форм азота или фосфора делает растение "ленивым". Оно перестает выделять корневые экссудаты, необходимые для поддержки фосфор-солюбилизирующих и других полезных микробов. А без питания эти микроорганизмы, по сути, голодают. Растение очень избирательно в отношении того, какие микроорганизмы оно поддерживает в почвенном микробиоме.
Существует классическое исследование (кажется, 1982 года), которое демонстрирует, как злаковое растение реагирует на скашивание. После скашивания растению необходимо отрасти, и оно остро нуждается в азоте. Сразу после этого растение начинает активно выделять сигналы, привлекающие азотфиксирующие бактерии.
В считанные минуты количество свободноживущих азотфиксаторов в ризосфере растения резко возрастает. Растение как бы посылает сигнал: "Помогите, мне нужен азот!" Микробиом откликается на этот призыв, потому что он является неотъемлемой частью холобионта – единой системы, где микробиом выступает в роли второй половины растения.
Однако, если после скашивания внести азотные удобрения (как часто делают на молочных фермах), растению нет необходимости посылать такие сигналы. В результате полезные микробы остаются без поддержки.
Таким образом, проблема заключается не в том, что растение или удобрения напрямую "убивают" микроорганизмы. Просто микробы перестают получать необходимую им поддержку от растения. А без этого ни растение, ни почва не могут полноценно развиваться.
Очень наглядное объяснение! Растение общается с микробами через химические сигналы и "платит" им едой (экссудатами) за конкретные услуги (добыча N, P и т.д.).
Если потребность удовлетворена извне (удобрением), растение просто перестает посылать сигналы и выделять "зарплату" для соответствующих микробов. Они не уходят, а просто перестают размножаться и исчезают из-за отсутствия поддержки. Это как уволить бригаду строителей, если дом уже построен кем-то другим.
Влияние калийных удобрений
А как насчет калия (третьего элемента в NPK)? Влияет ли его внесение так же негативно?
В отличие от азота и фосфора, калий не оказывает столь значительного влияния на экссудацию корней. Внесение калийных удобрений не приводит к такому же "затормаживающему" эффекту. Однако избыток калия, как и любого другого элемента, может нарушить баланс в почве.
В целом, при внесении удобрений в разумных количествах, применение калийных удобрений, особенно в форме сульфата калия, может быть полезным для почв, испытывающих дефицит калия. Конечно, перед внесением важно оценить, действительно ли калий необходим вашей почве.
В отличие от азота и водорастворимого фосфора, калийные удобрения не подавляют так называемый "жидкий углеродный путь". Если вы все же решили вносить калий, предпочтительнее использовать сульфат калия, а не хлорид калия (муриат калия), который не рекомендуется для почв.
Хотя сульфат калия стоит дороже, он имеет дополнительное преимущество: многие почвы, особенно удаленные от побережья, обычно положительно реагируют на небольшое количество серы, содержащейся в сульфате калия. Таким образом, выбор сульфата калия может быть более сбалансированным решением.
Калий ведет себя иначе. Он не "выключает" корневую экссудацию, как N и P. Однако его избыток тоже вреден, нарушая баланс. Если анализ листьев (не почвы!) показывает дефицит калия, то его внесение может быть оправдано, причем предпочтительнее использовать сульфат калия, который содержит полезную серу и менее вредный хлорид.
Нужен ли Калий и как его вносить?
Уточняющий вопрос: если фосфор не нужен, то как быть с калием из NPK? Его тоже через покровные культуры или можно добавлять?
Как мы только что обсуждали, калий (K) является одним из трех ключевых элементов в составе NPK-удобрений. Если результаты листового анализа показывают дефицит калия у растений, внесение дополнительного количества калия может быть полезным. Я бы рекомендовала использовать сульфат калия – он не только снабжает растения калием, но и содержит серу, которая также может быть полезна для них.
Я не утверждаю, что все удобрения плохие. Если листовой анализ выявляет дефицит какого-либо элемента, имеет смысл его восполнить. Особенно на начальных этапах перехода к регенеративному сельскому хозяйству часто выявляется нехватка целого ряда микроэлементов, необходимых растениям. Однако определить это можно только с помощью листовых анализов.
Иногда результаты анализа почвы и листового анализа могут существенно различаться. Например, анализ почвы может показать недостаток какого-то элемента, тогда как листовой анализ – его присутствие в растениях. Это может происходить благодаря тому, что элемент был доставлен в растения через микробный путь.
Классическим примером этого является фосфор. То же самое относится и к азоту. Важно помнить, что наша цель – не накопление нитратов в почве, растениях и живых организмах. Мы стремимся к тому, чтобы растения усваивали азот в органической форме.
Кристин еще раз подчеркивает: ориентируйтесь на листовые анализы! Именно они покажут, чего растению реально не хватает. И если дефицит подтвержден (калия, серы, микроэлементов), то на этапе перехода может потребоваться их внесение. Но как? Кристин отвечает на этот невысказанный вопрос в следующем блоке.
Как лучше вносить недостающие элементы?
Если листовой анализ показал дефицит, как лучше его восполнить?
Если результаты листового анализа показывают дефицит того или иного элемента и рекомендуют его добавление, в большинстве случаев наиболее эффективным способом является внекорневая подкормка – внесение непосредственно на листья.
Листья способны поглощать необходимые элементы, доставляя их внутрь растения. При этом можно использовать значительно меньшие количества удобрений по сравнению с внесением в почву. Основная проблема внесения удобрений в почву заключается в том, что это может нарушить баланс почвенного микробиома, а также нарушить сигнальные и коммуникационные процессы между растением и почвой.
Внесение удобрений на листья позволяет избежать вмешательства в сложные процессы, происходящие в почве. Если анализ подтвердил дефицит элемента, и вы вносите его на листья, растение может эффективно усвоить его через листовую поверхность.
Единственное, о чем стоит помнить: некоторые микроэлементы не очень хорошо усваиваются через листья. В таких случаях лучше проконсультироваться с лабораторией, чтобы определить оптимальный способ внесения этих элементов.
Золотое правило: если растению что-то нужно (по листовому анализу), кормите растение, а не почву! Внекорневые (листовые) подкормки гораздо эффективнее, требуют меньше вещества и, главное, не нарушают хрупкую жизнь и коммуникации в почве. Это позволяет точечно закрыть дефицит, не откатываясь назад в восстановлении почвенного здоровья.
Измерение Brix: Практические советы
Как практически измерить Brix? Какие инструменты нужны?
Измерение Brix делают с помощью рефрактометра. Найти его можно в интернете, просто поискав "рефрактометры". Важно выбрать прибор со шкалой от 0 до 30 или от 0 до 32 – этого диапазона вполне достаточно для большинства измерений. Также стоит обратить внимание на четкость и удобство шкалы.
Помимо рефрактометра, вам понадобится чеснокодавка или другой инструмент для извлечения сока из растений. Достаточно взять несколько листьев исследуемой культуры или пастбища, размять их в чеснокодавке и выдавить небольшое количество сока.
Затем капните этот сок на рефрактометр и произведите замер. Все необходимые инструкции по работе с рефрактометром легко найти в интернете.
В сети также доступны таблицы с ожидаемыми значениями Brix для различных растений (например, значения для яблок будут отличаться от значений для травы), а также информация о том, какие уровни Brix считаются низкими, средними или высокими для разных культур. Рефрактометр обычно стоит около 50 долларов США, и в любом случае его цена не превышает 100 долларов.
Brix – простой и доступный инструмент для оценки "энергетики" растения, его фотосинтетической активности. Рефрактометр и чеснокодавка – вот и все, что нужно. Это отличный способ оперативно следить за здоровьем растений и косвенно – за работой почвенной системы.
Древесная Зола и Биочар
Что вы думаете о добавлении в почву древесной золы или биочара?
Древесная зола обладает чрезвычайно высоким pH – около 9 в чистом виде, что делает ее очень щелочной. Поэтому при ее использовании необходимо соблюдать крайнюю осторожность с дозировкой. Если у вас кислые почвы, небольшое количество золы, возможно, не нанесет вреда, но в целом я не вижу особого смысла добавлять ее, за исключением случаев, когда нужно исправить крайне кислую реакцию почвы – здесь она действует подобно извести.
Нужно помнить, что древесная зола может быть губительной для растений при неправильном применении. У меня есть личный опыт: я использую дровяную печь, и по неопытности я погубила немало растений в саду, полагая, что зола полезна. Когда я измерила pH золы, оказалось, что он равен 9 – очень щелочной и токсичный для растений в чистом виде. Таким образом, я не рекомендую добавлять золу в почву, если только она не обладает чрезмерной кислотностью.
Что касается биочара, здесь возникает тот же вопрос: какова цель его добавления? Что вы хотите достичь? Наша основная задача – активизировать грибной энергетический канал в почве за счет корневых экссудатов. Мы стремимся стимулировать фотосинтез, а для этого нам нужны зеленые растения.
Пока я не совсем понимаю, какую роль биочар играет в этом процессе.
Кристин призывает к осторожности с золой из-за ее высокой щелочности (может быть полезна лишь на очень кислых почвах в малых дозах). По поводу биочара она задает ключевой вопрос: какова цель?
Вместо того чтобы добавлять инертный углерод, она последовательно продвигает идею стимуляции живого углеродного пути через фотосинтез, экссудаты и микробную активность. Биочар может иметь свои ниши, но он не заменяет живую биологию.
Кто производит больше Фосфатазы?
Какая группа микробов (бактерии, грибы, актиномицеты) производит больше фосфатазы?
Это вопрос типа "какой длины веревка?" – иными словами, он зависит от множества переменных и не имеет однозначного ответа. Все микроорганизмы способны производить ферменты, высвобождающие фосфор, но их активность зависит от того, насколько им это необходимо и какие сигналы они получают от растений.
В почве существуют тысячи видов грибов и бактерий, и каждый из них производит разное количество этих ферментов. Были попытки выделить определенные изоляты, например, гриб, производящий большое количество фосфатазы, сравнить их и найти наиболее эффективный. Однако даже если удастся найти "супер-гриб", производящий максимальное количество фермента, как только его внесут в почву, он, скорее всего, станет пищей для других микроорганизмов и не выживет.
Единственный эффективный способ поддерживать разнообразие грибов и бактерий, производящих фосфатазу, – это обеспечивать их питанием от живых растений. И снова все сводится к фотосинтезу, наличию зеленого покрова и разнообразию растений.
Это также связано с концепцией почвенного социобионта, о которой мы говорили ранее: когда разные микробиомы взаимодействуют, они начинают сотрудничать, делая больше ресурсов доступными для растительного сообщества.
Невозможно однозначно сказать, что одна группа микроорганизмов (например, бактерии или грибы) производит больше фосфатазы, чем другая. Слишком много вариаций и неизвестных факторов. Однако мы можем стимулировать весь почвенный микробиом, не зная точно, какие микроорганизмы там присутствуют, просто путем оптимизации условий для фотосинтеза.
Бесполезно искать "чемпиона" по производству фосфатазы. Важна не отдельная супер-бактерия или гриб (которую все равно "съедят" в реальной почве), а создание условий для процветания всего разнообразного микробного сообщества. Именно разнообразие и взаимодействие разных групп микробов, стимулируемые живыми растениями, обеспечивают максимальное высвобождение фосфора. Подход должен быть экосистемным, а не поиском "волшебной пули".
Четыре функциональные группы Растений
Вы упоминали четыре функциональные группы биоразнообразия. Какие это группы и как применить это в саду?
Термин "четыре функциональные группы" зародился в рамках Йенского эксперимента по биоразнообразию, проводившегося в Германии. В том исследовании, проводившемся на многолетнем пастбище, были выделены четыре основные группы растений: злаки, бобовые, низкие травы (не бобовые) и высокие травы (не бобовые).
Как же применить эту концепцию на практике, в саду или на поле? Очень просто: старайтесь высаживать растения, относящиеся как минимум к четырем разным ботаническим семействам.
Например, в условиях огорода можно сочетать помидоры (Пасленовые), кукурузу (Злаки), фасоль (Бобовые) и салат (Астровые/Сложноцветные) – это уже четыре разных семейства. А ведь есть еще множество других семейств: Крестоцветные (капуста, редис), Зонтичные (морковь, укроп, петрушка), Луковые (лук, чеснок), Маревые/Амарантовые (свекла, шпинат, киноа), Тыквенные (огурцы, кабачки) и многие другие. Также стоит учитывать разнообразные травы: Бурачниковые (огуречная трава, фацелия), Льновые (лен), Яснотковые (мята, базилик) и прочие.
В условиях огорода или цветника легко добиться наличия 10-14 разных ботанических семейств! В полевых условиях, например, при посеве покровных культур или компаньонных растений, можно стремиться к 6-8 различным семействам. Яркий пример – практика Яна Гулда из Англии, который подсевает к рапсу (Крестоцветные) пажитник (Бобовые, отпугивающий вредителей рапса), гречиху (Гречишные) и лен (Льновые). Таким образом, в одной культуре он сочетает растения четырех разных семейств.
Если вы не уверены, к какому семейству относится то или иное растение, всегда можно обратиться к "Доктору Гуглу". Составьте список растений на вашем участке и проверьте, чтобы в нем было представлено как минимум четыре разных ботанических семейства – а лучше, конечно же, больше.
Практический совет: для получения выгод от разнообразия стремитесь иметь в смеси покровных культур, на пастбище или даже в грядке растения как минимум из четырех разных ботанических семейств. Чем больше семейств, тем разнообразнее корневые системы, экссудаты, и тем активнее и стабильнее будет работать почвенный микробиом (социобионт).
Как на практике перейти от удобрений к Биологии?
Самый главный вопрос: ОК, мы поняли, что почву нужно "переучивать". Как это сделать на практике? Бросить удобрения сразу? Использовать биостимуляторы
Это действительно очень важный и практический вопрос. Я понимаю, что большинство людей находятся в ситуации, когда они используют традиционные удобрения, которые не только дороги, но и имеют ряд существенных недостатков, и продолжать их использовать просто не имеет смысла в долгосрочной перспективе. Однако невозможно просто взять и отказаться от них "одним махом", потому что за многие поколения наши растения стали зависимыми от такой практики и утратили эффективную связь с почвенным микробиомом.
Именно здесь на первый план выходит использование биостимуляторов для обработки семян – это становится действительно важной частью перехода к более устойчивому и регенеративному сельскому хозяйству.
Если начать использовать биостимуляторы на семенах, можно сразу же прекратить внесение фосфорных удобрений. Однако с азотными удобрениями нужно действовать постепенно, снижая их количество в течение примерно трех лет (например, на 20-30% ежегодно), потому что азотфиксирующим бактериям требуется время, чтобы развить свою активность в полной мере.
Одновременное применение фосфорных удобрений и биостимуляторов может быть контрпродуктивным – они будут нейтрализовать друг друга, поэтому важно выбрать правильный подход.
Преимущество обработки семян биостимуляторами заключается в том, что на семя наносятся не сами живые микроорганизмы, а производимые ими химические сигнальные молекулы, так называемые аутоиндукторы. Эти молекулы являются своего рода "языком", на котором микробы общаются между собой. Когда прорастающее растение обнаруживает эти сигналы, оно интерпретирует их как присутствие активных микроорганизмов и начинает активно выделять корневые экссудаты, как бы "кормя" их. Даже если активных микробов в данный момент нет, в почве всегда присутствуют спящие микроорганизмы, которые будут активированы этими экссудатами. Таким образом, стимулируется рост и развитие почвенного микробиома, и растение формирует с ним эффективную связь, включая образование эндофитных ассоциаций.
Весь этот процесс запускается именно обработкой семян биостимуляторами. Цель такого подхода – не просто заменить минеральные удобрения, а запустить процесс регенерации почвенной экосистемы и восстановления растения как полноценного холобионта – единства растения и его микробиома.
Я бы настоятельно рекомендовала сохранять собственные семена, так как они будут обладать более адаптированным и эффективным микробиомом. С каждым последующим поколением растения будут становиться все более функциональными. В идеале стоит начинать с семян, выращенных в условиях, близких к желаемым, то есть с минимальным использованием химии и с упором на здоровье почвы.
Конечно, переход к регенеративному сельскому хозяйству включает в себя не только использование биостимуляторов. Важную роль играют и другие элементы: посев покровных культур между товарными культурами, повышение разнообразия в составе покровных культур, использование компаньонных растений, разнообразные техники смешанных посадок (например, 60-дюймовая кукуруза с многовидовыми междурядьями) и другие поликультурные системы. Важно поддерживать почву под живым растительным покровом как можно дольше в течение года.
Постепенно отказываясь от синтетических удобрений и пестицидов, переходя на биостимуляторы, сохраняя свои семена и покупая только необработанные семена (без фунгицидов и инсектицидов), мы можем добиться существенных улучшений в состоянии почвы и растений.
На первых этапах перехода, когда почва еще дисфункциональна и растения ослаблены, не исключены вспышки вредителей или болезней. В таких случаях, возможно, придется прибегнуть к использованию фунгицидов или инсектицидов – я не говорю "никогда не используйте". Важно не допустить потери урожая. Однако со временем, по мере восстановления растительного сообщества и почвенной экосистемы, необходимость в таких вмешательствах будет снижаться.
Есть много примеров фермеров, которые после перехода к регенеративным практикам не использовали химические средства защиты растений в течение 10-15 лет, потому что в них просто не было необходимости.
Да, этот процесс будет постепенным, и он не произойдет за одну ночь. Большинство почв сейчас находятся в сильно деградированном состоянии, и нам предстоит большая работа по их восстановлению. Однако почва удивительно устойчива. Немного доброты к ней – и она откликается. Достаточно просто задуматься о том, что является естественным стимулом для почвенных микробов? Они реагируют на корневые экссудаты растений. Все, на самом деле, довольно просто.
Какой исчерпывающий и практичный ответ! Ключевые шаги: 1) Начать с биостимулянта на семена (компостный чай, вермичай и т.п.), чтобы "разбудить" почву и растение. 2) Сразу прекратить внесение фосфора. 3) Постепенно (за 3 года) снижать азот. 4) Внедрять разнообразие (покровные, компаньоны, поликультуры) и постоянный зеленый покров. 5) Стараться сохранять свои семена или искать семена из здоровых систем. 6) Избегать обработанных семян и применять химию (фунгициды, инсектициды) только в крайнем случае на переходном этапе. Кристин вселяет надежду: почва отзывчива, и при правильном подходе ее можно восстановить, но это марафон, а не спринт.
Сокровище у нас под ногами
Друзья, путешествие с доктором Кристин Джонс подходит к концу, и оно, без сомнения, было захватывающим и переворачивающим сознание. Что же мы узнали сегодня?
Главный вывод: наши почвы, скорее всего, не бедны фосфором, а наоборот – содержат его огромные запасы, накопленные за годы внесения удобрений и природные резервы. Проблема не в отсутствии фосфора, а в его недоступности для растений в традиционных, биологически бедных системах земледелия.
Ключ к этому "запертому" сокровищу – жизнь в почве. Растения в партнерстве с мириадами микробов (грибов, бактерий, архей и др.) – так называемый холобионт – способны сами добывать себе питание, включая фосфор, из недоступных форм. Они делают это через сложную систему коммуникации (сигналы, экссудаты) и взаимопомощи (грибные сети, ферменты).
Фосфорный парадокс заключается в том, что, пытаясь "помочь" растению внесением водорастворимого фосфора, мы:
- Тратим деньги впустую (усваивается лишь 10-15%, остальное быстро связывается).
- Делаем растение "ленивым", отучая его поддерживать своих микробных помощников.
- Косвенно подавляем биологическую фиксацию азота, так как фосфор-мобилизующие и азотфиксирующие бактерии взаимосвязаны.
- Тормозим процесс почвообразования, так как без активной экссудации не формируется гумус и здоровая структура почвы.
Как же простому дачнику или фермеру применить эти знания?
Сместить фокус: Вместо того чтобы "кормить растение" химией, начните "кормить почвенную жизнь".
- Разнообразие – залог успеха: Внедряйте покровные культуры (смеси из 4+ семейств!), компаньонные посадки, поликультуры. Чем разнообразнее растения, тем активнее и стабильнее микробиом.
- Земля не должна быть голой: Стремитесь к постоянному зеленому покрову. Живые корни – это постоянный источник энергии для почвы.
- Начните с семян: Используйте биостимуляторы (компостный чай, вермичай, АКЧ и др.) для обработки семян перед посевом. Это "разбудит" почву и поможет растению с самого начала наладить связь с микробами. По возможности, сохраняйте свои семена или ищите необработанные семена из здоровых хозяйств.
- Переходный период: Откажитесь от фосфорных удобрений сразу (при использовании биостимуляторов). Азотные удобрения снижайте постепенно в течение 3 лет.
- Наблюдайте и измеряйте правильно: Используйте рефрактометр (Brix) для оценки здоровья растений и листовые анализы для выявления реальных дефицитов (а не только анализ почвы). Если дефицит подтвержден, используйте внекорневые подкормки.
- Будьте терпеливы: Восстановление почвы – это процесс, требующий времени и последовательности.
История Кристин Джонс и примеры вроде Нильса Олсена показывают: регенеративное земледелие – это не утопия, а реальный путь к здоровым почвам, здоровым растениям, здоровой пище и здоровой планете. Это путь сотрудничества с Природой, который не только экологичен, но и экономически выгоден в долгосрочной перспективе.
Так давайте же начнем относиться к почве не как к инертному субстрату, а как к живому, дышащему организму, полному чудес и скрытых возможностей!
Статья создана по лекции: "The Phosphorus Paradox＂ with Dr. Christine Jones"