Секрет живой почвы

Эффективные пути поглощения питательных веществ в регенеративном земледелии

Почвенная жизнь играет фундаментальную роль в круговороте питательных веществ и их усвоении растениями. Если почвенная биота повреждена или слаба, растения не получают всех необходимых им питательных веществ, даже если в почву вносится большое количество удобрений. Фактически, использование удобрений играет важную роль в снижении биомассы и разнообразия почвенных микроорганизмов. Традиционно считается, что растения получают питательные вещества из почвенного раствора в виде неорганических ионов с помощью простых физико-химических процессов, таких как осмос или активный транспорт. Роль почвенных микроорганизмов сводится к разложению органических веществ. Однако такой подход рассматривает растения как относительно пассивных участников и игнорирует сложные эффекты почвенного микробиома и многогранный диалог между растениями и микроорганизмами.

Микробиом как система транспортировки питательных веществ

Исследования последних десятилетий показали, что микробы играют гораздо более важную роль в усвоении питательных веществ, чем считалось ранее. Растения и почвенные микроорганизмы работают вместе в тесных симбиотических отношениях. Некоторые виды бактерий и грибов переносят питательные вещества в растение. Эндофитные бактерии и микоризные грибы, например, помогают усваивать фосфор, азот и микроэлементы, в то время как азотфиксирующие бактерии обеспечивают атмосферный азот, а другие бактерии мобилизуют связанные с почвой питательные вещества. Растения активно регулируют эти взаимоотношения, подпитывая полезные микробы корневым экссудатом и регулируя процессы гормональными сигналами.

Поглощение питательных веществ: живой, динамичный процесс

В здоровой почве поглощение питательных веществ - это не просто диффузия ионов, а результат работы живой, динамичной экосистемы. Растения, микробы и физико-химические свойства почвы вместе определяют, сколько питательных веществ попадет к корням. Чем живее и разнообразнее почва, тем больше путей для поглощения питательных веществ и тем устойчивее растения к стрессам. Поэтому современное устойчивое земледелие основано на поддержании и поддержке биологической активности почвы, а не только на химическом пополнении запасов питательных веществ.

Давайте подробнее рассмотрим взаимоотношения между почвой, микроорганизмами и растениями, которые гораздо сложнее, чем предполагают учебники.

Цикл ризофага: питательные вещества изнутри корня

Ризофагический цикл - это относительно новый подход, при котором растения не только поглощают питательные вещества в виде ионов, растворенных в почвенной влаге, но и активно „используют” окружающие их микробы. В этом процессе бактерии и грибы перемещаются в непрерывном цикле между почвой и внутренней поверхностью корня. Джеймс Уайт, Исследователь из Ратгерского университета в США описал этот процесс (10.3390/microorganisms6030095), что полностью меняет наше представление о поглощении питательных веществ растениями.

Микробы живут в почве и собирают питательные вещества: азот, фосфор и различные микроэлементы (железо, цинк, марганец и т. д.). Вокруг кончика корня растение выделяет сахар и другие вещества (корневые экссудаты), которые привлекают этих микробов. Некоторые из этих микробов проникают и в самые молодые клетки корня, в пространство между клеточной стенкой и клеточной мембраной.

При этом в растении образуются реактивные формы кислорода - по сути, легкий „окислительный стресс”, - которые частично разрушают микробы. При этом высвобождаются питательные вещества, которые растение может использовать. Не все микробы уничтожаются полностью: выжившие трижды теряют свои клеточные стенки, а затем, по мере роста корневых волосков, они возвращаются в почву через кончики волосков, где могут пополнить свои запасы питательных веществ.

Этот цикл может объяснить, почему многие растения способны хорошо расти даже при недостатке растворенных питательных веществ в почве. Этот процесс может быть характерен не только для бактерий, но и для некоторых грибов и дрожжей. Мы пока не знаем точно, в какой пропорции растения получают питательные вещества, но Джон Кемпф, эксперт по регенеративному сельскому хозяйству, говорит, что ризофагический цикл - это самый важный процесс поглощения питательных веществ в здоровой почве с хорошо функционирующим микробиомом. Это позволяет по-новому взглянуть на взаимосвязь между жизнью в почве и обеспечением растений питательными веществами, особенно в контексте биологического и регенеративного сельского хозяйства.

Микориза: больше питательных веществ в обмен на углерод

Микоризные грибы играют чрезвычайно важную роль в усвоении питательных веществ растениями, поскольку грибковые нити образуют симбиотические отношения с корнями и многократно увеличивают площадь поверхности, контактирующей с почвой. Эти грибы проникают в межклеточное пространство между клетками растений или непосредственно в клетки корней. Это облегчает доступ растений к ключевым макроэлементам, таким как фосфор и азот, которые необходимы для роста корней и побегов и повышения урожайности. Микоризы также способствуют усвоению важных микроэлементов, таких как цинк, медь и марганец, которые играют ключевую роль в метаболизме растений и устойчивости к стрессам. В свою очередь, растение снабжает грибы сахарами и другими органическими веществами, образующимися в процессе фотосинтеза. Бактерии, связанные с грибами, усиливают этот эффект, минерализуя органические питательные вещества, растворяя фосфаты и направляя их к растению по грибковым нитям.

A микориза Грибы, помимо управления питательными веществами, способствуют поглощению воды, что позволяет растениям лучше переносить засушливые периоды. Они также играют роль в балансе углерода в почве, поскольку грибы связывают и стабилизируют органические вещества, повышая плодородие и долгосрочное здоровье почвы. Микоризы производяттакже способствуют формированию структуры почвыГрибные нити и корни вместе образуют прочные, устойчивые агрегаты, которые улучшают движение воды и воздуха в почве и снижают риск поверхностной эрозии.

По оценкам, около 80-90% наземных растений могут образовывать такой симбиоз. На рынке существует ряд микоризных продуктов, которые можно использовать для инокуляции почвы, но эти грибы можно выращивать и естественным путем, подобно тому как мы можем сделать закваску из муки и воды. Микоризные грибки особенно чувствительны к нарушению почвы. Мы можем создать для них постоянную среду обитания, если сведем нарушение почвы к минимуму и обеспечим постоянную и разнообразную корневую систему растений. Микоризные грибы строят обширные гифальные сети из корней растений, которые физически нарушаются при обычной обработке почвы, разрушая гифы и сокращая доступную популяцию грибов в почве. Системы No-till, напротив, сохраняют существующие гифальные сети, позволяя корням основной культуры колонизироваться быстрее и интенсивнее. Несколько исследований показали, что системы no-till отличаются более высокой степенью заселенности почвы арбускулярными микоризными грибами (AMF), что улучшает поглощение питательных веществ и воды.

Покровные культуры поддерживают популяцию микоризных грибов даже в отсутствие основной культуры, поскольку они служат непрерывным живым растением-хозяином. Различные покровные культуры по-разному поддерживают микоризные грибы: зерновые и бобовые обычно являются хорошими хозяевами, в то время как некоторые лущильные культуры могут подавлять рост грибов благодаря своим биологически активным веществам. Наличие непрерывной корневой системы увеличивает почвенную инокуляцию грибов, позволяя следующей основной культуре колонизироваться быстрее и интенсивнее.

Сочетание нулевой обработки почвы и подходящих покровных культур создает идеальную среду для микоризных грибов: почвенная сеть остается нетронутой, и всегда есть живое растение-хозяин для питания грибов. В результате корни основной культуры колонизируются более активно, улучшается усвоение фосфора и других микроэлементов, повышается засухоустойчивость, а структура почвы становится более стабильной благодаря агрегирующему эффекту грибных гиф.

Фиксация азота бабочками: природный источник азота

Об азотфиксирующей способности растений-бабочек известно с середины XIX века. В 1886 году Hellriegel и Вилфарт В Германии он показал, что бобовые растения, такие как горох и клевер, могут использовать атмосферный азот без почвенного источника азота, и что этот процесс поддерживается азотом, живущим в узлах, которые образуются на корнях растений. Rhizobium связана с бактериями. Бактерии, населяющие корневые узелки, преобразуют азот, содержащийся в атмосфере, в аммиак, который может быть использован непосредственно растением. Благодаря этому процессу бабочки могут значительно снизить потребность в удобрениях и повысить содержание азота в почве, что благоприятно сказывается на следующем урожае.

Образование корневых клубеньков и интенсивность фиксации азота зависят от вида растения, климатических условий и качества почвенного микробиома. Здоровый, активный Rhizobium Популяция бабочек может самостоятельно производить до 50-80% от общей потребности в азоте. Это также повышает плодородие почвы, поскольку азот, фиксируемый бабочками в органическом веществе почвы остаются доступными в долгосрочной перспективе. Для фермеров это означает, что введение культур-бабочек в севооборот не только обеспечивает поступление азота, но и снижает затраты в долгосрочной перспективе, а также способствует развитию здоровых, устойчивых культур.

Например, компания LoginECO в Сербии обеспечивает всю необходимую норму азота для своей фермы площадью 3250 гектаров за счет выращивания бабочек в севообороте. Однако ферма с органическим сертификатом не может добиться значительного улучшения структуры почвы из-за ее пушистости при регулярной обработке почвы.

Что это означает на практике в регенеративном сельском хозяйстве?

A Ассоциация фермеров-восстановителей почв члены клуба составляют свои смеси растений для покрывал таким образом, чтобы в них всегда присутствовали растения-бабочки. Наиболее распространенными из них являются осока, вика пурпурная, конские бобы, песчаные бобы, вика александрийская, кормовой горох, которые могут быть включены в смесь в пропорциях от 30 до более 60%, в зависимости от азотфиксирующего потенциала.

Продвинутым методом интеграции бабочек является использование промежуточного посева. В этом случае, например, райграс высевается в один прием с одним или несколькими растениями-бабочками (например, озимой пшеницей и горохом). В конце вегетационного периода, при созревании, часть азота, зафиксированного растениями-бабочками, высвобождается и становится доступной для поглощения райграсом. Это не только экономит затраты на питательные вещества, но и позволяет собирать две разные культуры с одной и той же площади.

Жизнь в почве - основа снабжения растений питательными веществами. В ризофагическом цикле бактерии и грибы выделяют питательные вещества внутри корня, микоризные грибы используют свою разветвленную гифальную сеть для увеличения поглощения воды, макро- и микроэлементов и стабилизации структуры почвы, а растения-бабочки фиксируют атмосферный азот, обогащая почву и снижая потребность в удобрениях.

Эта сложная живая почвенная система позволяет растениям эффективно поглощать питательные вещества, переносить засуху и получать более высокие урожаи. Ключ к восстановительному земледелию - поддержка биологической активности почвы: уменьшение нарушений, уход за покровными культурами и создание здоровой почвы с активным микробиомом, который будет служить ферме в долгосрочной перспективе.

АВТОР: ВИТАЛИЯ ВИГ • ПОЧВОВЕД, ОТВЕТСТВЕННАЯ ЗА ОБРАЗОВАТЕЛЬНУЮ ПРОГРАММУ АССОЦИАЦИИ ФЕРМЕРОВ-ПОЧВОВОЗОБНОВИТЕЛЕЙ, ОСНОВАТЕЛЬ АССОЦИАЦИИ TERRAVITKA