Секрет живого ґрунту

Ефективні шляхи поглинання поживних речовин у відновлюваному землеробстві

Життя в ґрунті відіграє фундаментальну роль у кругообігу поживних речовин та їхньому засвоєнні рослинами. Якщо ґрунтова біота пошкоджена або слабка, рослини не отримують всіх необхідних їм поживних речовин, навіть якщо в ґрунт вноситься велика кількість добрив. Насправді, використання добрив відіграє головну роль у зменшенні біомаси та різноманітності ґрунтових мікроорганізмів. Традиційно вважалося, що рослини засвоюють поживні речовини з ґрунтового розчину у вигляді неорганічних іонів за допомогою простих фізико-хімічних процесів, таких як осмос або активний транспорт. Роль ґрунтових мікроорганізмів зводиться до розкладання органічної речовини. Такий підхід, однак, розглядає рослини як відносно пасивні суб'єкти та ігнорує складні ефекти ґрунтового мікробіому і багатогранний діалог між рослинами і мікроорганізмами.

Мікробіом як система транспорту поживних речовин

Дослідження останніх десятиліть показали, що мікроби відіграють набагато важливішу роль у засвоєнні поживних речовин, ніж вважалося раніше. Мікроорганізми рослин і ґрунту працюють разом у тісному симбіотичному зв'язку. Деякі види бактерій і грибів транспортують поживні речовини в рослину. Наприклад, ендофітні бактерії та мікоризні гриби допомагають засвоювати фосфор, азот і мікроелементи, тоді як азотфіксуючі бактерії забезпечують атмосферний азот, а інші бактерії мобілізують поживні речовини, пов'язані з ґрунтом. Рослини активно модулюють ці взаємозв'язки, підживлюючи корисні мікроби кореневими виділеннями та регулюючи процеси за допомогою гормональних сигналів.

Засвоєння поживних речовин: живий, динамічний процес

У здоровому ґрунті поглинання поживних речовин - це не просто дифузія іонів, а результат роботи живої, динамічної екосистеми. Фізико-хімічні властивості рослини, мікробів і ґрунту разом визначають, скільки поживних речовин досягне коріння. Чим живіший і різноманітніший ґрунт, тим більше шляхів для поглинання поживних речовин і тим стійкішими стають рослини до стресів. Тому сучасне, стале землеробство базується на збереженні та підтримці біологічної активності ґрунту, а не лише на хімічному поповненні поживних речовин.

Давайте уважніше розглянемо взаємозв'язки між ґрунтом, мікроорганізмами та рослинами, які є набагато складнішими, ніж про це пишуть у підручниках.

Цикл ризофага: поживні речовини зсередини кореня

Ризофагічний цикл - це відносно новий підхід, за якого рослини не лише поглинають поживні речовини у вигляді іонів, розчинених у ґрунтовій волозі, а й активно „використовують” мікроби, що їх оточують. У цьому процесі бактерії та гриби рухаються в безперервному циклі між ґрунтом і внутрішньою частиною кореня. Джеймс Уайт, дослідник з Ратгерського університету в США, описав цей процес (10.3390/microorganisms6030095), що повністю змінює наше уявлення про поглинання рослинами поживних речовин.

Мікроби живуть у ґрунті і збирають поживні речовини: азот, фосфор і різні мікроелементи (залізо, цинк, марганець тощо). Навколо кінчика кореня рослина виділяє цукри та інші речовини (кореневий ексудат), які приваблюють цих мікробів. Деякі з цих мікробів також потрапляють у наймолодші клітини кореня, у простір між клітинною стінкою і клітинною мембраною.

Тут рослина виробляє активні форми кисню - по суті, легкий „окислювальний стрес” - який частково руйнує мікроби. В результаті вивільняються поживні речовини, які рослина може використовувати. Не всі мікроби повністю знищуються: ті, що вижили, втрачають свої клітинні стінки тричі, а потім, коли кореневі волоски ростуть, вони повертаються в ґрунт через кінчики волосків, де можуть поповнити свої запаси поживних речовин.

Цей цикл може пояснити, чому багато рослин здатні добре рости навіть тоді, коли в ґрунті мало розчинених поживних речовин. Цей процес може бути специфічним не лише для бактерій, але й для деяких грибів та дріжджів. Ми ще не знаємо, яка саме частка поживних речовин вноситься рослиною, але Джон Кемпф, Експерт з відновлюваного сільського господарства, каже, що ризофаговий цикл є найважливішим процесом поглинання поживних речовин у здоровому ґрунті з добре функціонуючим мікробіомом. Це дає абсолютно новий погляд на взаємозв'язок між життям ґрунту та забезпеченням рослин поживними речовинами, особливо в контексті біологічного та відновлювального землеробства.

Мікориза: більше поживних речовин в обмін на вуглець

Мікоризні гриби відіграють надзвичайно важливу роль у поглинанні рослинами поживних речовин, оскільки грибні нитки формують симбіотичні відносини з корінням і багаторазово збільшують площу поверхні, що контактує з ґрунтом. Ці гриби проникають у міжклітинний простір між клітинами рослин або безпосередньо в клітини коренів. Це полегшує доступ рослин до ключових макроелементів, таких як фосфор і азот, які необхідні для росту коренів і пагонів та підвищення врожайності. Мікориза також підтримує поглинання важливих мікроелементів, таких як цинк, мідь і марганець, які відіграють ключову роль у метаболізмі рослин і стійкості до стресів. У свою чергу, рослина забезпечує гриби цукром та іншими органічними речовинами, що утворюються в процесі фотосинтезу. Бактерії, пов'язані з грибами, ще більше посилюють цей ефект, мінералізуючи органічні поживні речовини, розчиняючи фосфати та спрямовуючи їх до рослини через грибні нитки.

A мікориза Гриби, окрім управління поживними речовинами, допомагають поглинанню води, завдяки чому рослини можуть краще пережити посушливі періоди. Вони також відіграють важливу роль у балансі вуглецю в ґрунті, оскільки гриби зв'язують і стабілізують органічну речовину, покращуючи родючість ґрунту та його здоров'я в довгостроковій перспективі. Мікориза виробляєтакож сприяють побудові структури ґрунтугрибкові нитки та коріння разом утворюють міцні, стійкі агрегати, які покращують рух води та повітря в ґрунті та зменшують ризик поверхневої ерозії.

Підраховано, що близько 80-90% наземних рослин можуть утворювати такий симбіоз. На ринку існує низка мікоризних продуктів, які можна використовувати для інокуляції наших ґрунтів, але ці гриби також можна вирощувати природним шляхом, так само, як ми можемо зробити закваску з борошна та води. Мікоризні гриби особливо чутливі до порушення ґрунту. Ми можемо створити для них безперервне середовище існування, якщо зведемо до мінімуму порушення ґрунту і забезпечимо постійну, різноманітну кореневу систему рослин. Мікоризні гриби створюють розгалужену гіфальну мережу з коренів рослин, яка фізично руйнується при звичайному обробітку ґрунту, гіфи руйнуються, а наявна популяція грибів у ґрунті зменшується. З іншого боку, системи нульового обробітку ґрунту зберігають існуючі гіфальні мережі, дозволяючи корінню основної культури колонізувати ґрунт швидше та інтенсивніше. Кілька досліджень показали, що системи no-till мають вищу колонізацію арбускулярних мікоризних грибів (АМФ), що покращує поглинання поживних речовин і води.

Покривні культури підтримують популяції мікоризних грибів навіть за відсутності основної культури, оскільки вони слугують безперервною живою рослиною-господарем. Різні покривні культури підтримують мікоризні гриби по-різному: зернові та бобові культури, як правило, є хорошими господарями, в той час як деякі бобові можуть пригнічувати ріст грибів завдяки своїм біологічно активним речовинам. Наявність безперервної кореневої системи збільшує ґрунтовий посівний матеріал грибів, що дозволяє наступній основній культурі колонізуватися швидше та інтенсивніше.

Поєднання нульового обробітку ґрунту та відповідних покривних культур створює ідеальне середовище для мікоризних грибів: ґрунтова мережа залишається недоторканою і завжди є жива рослина-господар для живлення грибів. В результаті коріння основної культури буде колонізуватись більш енергійно, покращиться засвоєння фосфору та інших мікроелементів, підвищиться посухостійкість, а структура ґрунту буде більш стабільною завдяки агрегуючому ефекту грибкових гіфів.

Азотфіксація у метеликів: природне джерело азоту

Здатність рослин-метеликів фіксувати азот відома з середини 19 століття. У 1886 році Геллрігеля. і Вілфарт. У Німеччині він показав, що бобові рослини, такі як горох і конюшина, можуть використовувати атмосферний азот без ґрунтового джерела азоту, і що цей процес підтримується азотом, який живе в бульбочках, що утворюються на коренях рослин. Ризобій пов'язана з бактеріями. Бактерії, які колонізують кореневі бульбочки, перетворюють азот з атмосфери на аміак - форму, яка може бути використана безпосередньо рослиною. Завдяки цьому процесу метелики можуть значно зменшити потребу в добривах, одночасно покращуючи вміст азоту в ґрунті, що приносить користь наступному врожаю.

Формування кореневих бульбочок та інтенсивність азотфіксації залежать від виду рослини, кліматичних умов та якості мікробіому ґрунту. Здорові, активні Ризобій метелики можуть самі виробляти до 50-80% від загальної потреби в азоті. Це також підвищує родючість ґрунту, оскільки азот, зафіксований метеликами в органічній речовині ґрунту залишаються доступними в довгостроковій перспективі. Для фермерів це означає, що введення метеликових культур у сівозміну не тільки забезпечує постачання азоту, але й знижує витрати в довгостроковій перспективі та сприяє розвитку здорових, стійких культур.

Наприклад, компанія LoginECO в Сербії забезпечує весь азот для своєї ферми площею 3250 гектарів, вирощуючи метеликів у сівозміні. Однак органічне сертифіковане господарство не може досягти значного поліпшення структури ґрунту через розпушення ґрунту внаслідок регулярної оранки.

Що це означає на практиці у відновлюваному землеробстві?

A Асоціація фермерів з відновлення ґрунтів Члени організації створюють свої травосуміші таким чином, щоб до них завжди входили рослини-метелики. Найпоширеніші з них - осока, вика фіолетова, кінські боби, піщані боби, александрійська вика, кормовий горох, які можуть бути включені в суміш у пропорціях від 30 до понад 60%, залежно від потенціалу азотфіксації.

Прогресивним методом інтеграції метеликів є використання проміжних посівів. У цьому випадку, наприклад, райграс висівають за один прохід з однією або кількома рослинами-метеликами (наприклад, озимою пшеницею та горохом). Наприкінці вегетації, під час дозрівання, частина азоту, зафіксованого рослиною-метеликом, вивільняється і стає доступною для поглинання райграсом. Це не тільки економить витрати на поживні речовини, але й дозволяє збирати два різних врожаї з однієї і тієї ж площі.

Життя в ґрунті є основою для забезпечення рослин поживними речовинами. У ризофагальному циклі бактерії та гриби вивільняють поживні речовини всередині кореня, мікоризні гриби використовують свою розгалужену гіфальну мережу для збільшення поглинання води та макро- і мікроелементів, стабілізуючи структуру ґрунту, а рослини-метелики фіксують атмосферний азот, збагачуючи ґрунт і зменшуючи потребу в добривах.

Ця складна, жива система ґрунту дозволяє рослинам ефективно засвоювати поживні речовини, переносити посуху та давати вищі врожаї. Ключ до відновлюваного землеробства - підтримувати біологічну активність ґрунту: зменшувати порушення, підтримувати покривні культури та створювати здоровий ґрунт з активним мікробіомом, який слугуватиме фермерському господарству в довгостроковій перспективі.

АВТОР: ВІГ ВІТАЛІЯ • ҐРУНТОВИЙ ЕКОЛОГ, ВІДПОВІДАЛЬНА ЗА ОСВІТНЮ ПРОГРАМУ АСОЦІАЦІЇ ФЕРМЕРІВ, ЯКІ ВІДНОВЛЮЮТЬ ҐРУНТИ, ЗАСНОВНИЦЯ TERRAVITKA