Про те, як поліпшити структуру та стимулювати зростання корисного біоценозу в землі, а також інші аспекти, розповіла Ярослава Бухонська, експерт із фізіології рослин компанії BTU, під час навчального заходу BRIDGES, присвяченого темі охорони та відновлення земель у контексті кліматичних змін.
Протягом останніх 15 років спостерігається світова тенденція до відчутного скорочення кількості опадів, із певним зміщенням сезонів, коли більшість дощів випадає раніше чи пізніше звичайних термінів. Кліматичні коливання, так чи інакше, позначаються на сільськогосподарській діяльності, і нехтувати цими змінами неможливо.
Ярославо, враховуючи кліматичні зміни, які тим чи іншим чином впливають на аграрне виробництво, поділіться, будь ласка, практичними порадами щодо комплексного підходу до земель і рослин, спрямованого на підвищення їхньої витривалості та стабільності?
— Безсумнівно, деякі зміни навколо нас уже відбуваються, і нам слід знаходити рішення для нових проблем, що виникають у зв’язку з різними кліматичними явищами. Глобальні перетворення вже відбуваються, і ми спостерігаємо це, аналізуючи стан ґрунтів по всій планеті.
Насамперед, земля є надзвичайно великим сховищем вуглецю. Цього елемента в землі значно більше, ніж в атмосферному повітрі. Окрім зберігання, вуглець виконує свої основні функції, оскільки органічна речовина ґрунту — це родючість, здоров’я мікроорганізмів та інших організмів, які там мешкають. Також це здатність землі утримувати воду і, що дуже важливо, стійкість до ерозії, тобто руйнування під впливом різних факторів, таких як вітер і вода. Зараз ми спостерігаємо значну проблему з деградацією земель на нашій планеті, зокрема в Україні, яку поки що не вдається вирішити.
Ярослава Бухонська, спеціаліст з питань фізіології рослин компанії BTU
Якщо говорити про землю в контексті впливу на рослини, то найбільше нас цікавить ризосфера — область навколо коріння. Саме тут концентрується найбільша кількість ґрунтових мікроорганізмів, оскільки корені виділяють багато поживних речовин, якими ці мікроорганізми харчуються. Отже, під час дослідження мікробіологічного складу землі, найбільшу їх кількість ми знайдемо саме в зоні біля коріння. Варто зазначити, що кожна рослина має свої унікальні кореневі виділення, а отже — «своїх» мікробних партнерів, які ефективніше з нею взаємодіють. Саме тому важливо дотримуватися різноманітної зміни культур і використовувати покривні культури та сидерати, щоб збільшувати рослинну різноманітність на полі. А разом із нею автоматично збільшуватиметься й різноманіття корисних мікроорганізмів у землі.
Наскільки суттєвою є така різноманітність і який вплив вона має на врожайність?
— Загалом, у наш час все частіше говорять про здоров’я землі, зокрема про важливість її біологічної складової. Раніше ж віддавали перевагу іншому підходу — так званому хімічному відновленню рослин, і більшість досліджень була зосереджена саме на цьому. Це цілком зрозуміло і прийнятно для того етапу розвитку агрономії. Підхід був простий: скільки поживних речовин рослина забирає з землі, стільки ж ми повертаємо у вигляді добрив. Дебет із кредитом зійшлися — отже, все працює.
Але, на жаль, це не завжди працює саме так, прямо математично, і фосфорні та калійні добрива (фосфорно-калійна підгодівля) — це яскравий приклад цієї проблеми. Що ж відбувається саме з фосфорним і калійним запасом у землі? Загальні запаси цих двох елементів живлення в землі, насправді, дуже невеликі. Проблема полягає в тому, що більшість фосфору і калію, що міститься в землі, перебуває у недоступних для рослин формах.
Аналогічна ситуація виникає і при внесенні добрив, які містять фосфор і калій. Фосфор, наприклад, зв’язується в землях зі сполуками кальцію, на кислих землях — із залізом та алюмінієм, і рослини не можуть його засвоїти. І нещодавно з’ясувалося, що саме мікроорганізми є важливими посередниками фосфору і калію, саме вони є тими біологічними провідниками, які дозволяють рослинам його засвоювати.
Цікаво, як саме відбувається цей процес?
— Дослідження було проведено відносно недавно, і цей процес все ще вивчається, називається він ризофагія. Рослини не можуть миттєво перемістити собі в корені фосфор і калій з ґрунтових мінералів, їм потрібен хтось, хто допоможе це зробити. Існують певні ризосферні мікроби, які живуть в зоні біля коріння рослин, і вони в процесі своєї життєдіяльності здатні мобілізувати фосфор і калій, тобто виділяють органічні сполуки, різноманітні органічні кислоти та різні ферменти, які роблять фосфор і калій біологічно доступним. Мікроорганізм робить це для власних потреб, оскільки їм так само, як і всім живим організмам, потрібні фосфор і калій.
Поки що вчені не знають, що їх змушує це робити, але вони потрапляють всередину кореня через клітини на кінчику кореня, де вони мають найтонші клітинні стінки, де найлегше проникнути, далі вони проникають в тканини кореня. Там рослина їх зустрічає активними формами кисню, які є доволі агресивними сполуками.
Під час цього процесу в мікроорганізмів частково руйнуються клітинні стінки, внаслідок чого вони втрачають накопичені поживні елементи. Рослина, своєю чергою, засвоює ці речовини. Після цього мікроорганізми ще деякий час перебувають всередині тканин кореня, де можуть кілька разів поділитися, тобто розмножитися. Згодом рослина вивільняє їх назад у ризосферу. Це бактерії, які знову потрапляють у землю, де відновлюють свої клітинні стінки та знову починають мобілізувати поживні елементи. Далі весь процес повторюється. Цей цикл називається, ще раз нагадаю, ризофагією.
Сьогодні науковці вважають, що саме такий тип живлення забезпечує понад 50% всього надходження поживних елементів у рослину. Водночас механізми регуляції цього циклу ще не до кінця вивчені: наразі немає повного розуміння того, як відбувається тонка молекулярна взаємодія між рослинами та мікроорганізмами. Проте сам факт існування цього процесу не викликає сумнівів.
Зазначу, що для нормального живлення рослин необхідна наявність активних мікроорганізмів, які здатні забезпечувати їх поживними речовинами в процесі своєї життєдіяльності.
Розкажіть детальніше про мікоризу та її вплив на врожайність.
— На сьогодні це дуже популярна тема. Що ж таке мікориза взагалі? Це тип симбіозу між рослиною і певними видами грибів, які називаються, власне, мікоризними.
Мікориза — це не щось нове, їй понад 400 мільйонів років. Оскільки мікоризні гриби свого часу допомогли рослинам заселити сушу, ще тим первісним рослинам. І вони продовжують це робити до сьогодні. Адже саме ці гриби навчилися заселяти корені рослин, тобто проростати в тканини коренів рослин і таким чином підтримувати взаємодію з рослинним організмом.
Існує чимало видів різних грибів, які можуть утворювати з рослинами мікоризи. Але в основному аграріїв найбільше цікавить везикулярно-арбускулярна мікориза. Вона так називається, тому що гриб, який її утворює, здатний проростати в середину клітин коренів рослин глибше і утворювати в них такі структури, які називаються везикули та арбускули. За допомогою цих структур мікоризний гриб обмінюється речовинами з рослинами.
Обмін відбувається таким чином. Здебільшого рослина отримує від гриба мінеральні елементи живлення та воду, а гриб, своєю чергою, отримує від рослини продукти фотосинтезу, які рослина утворює. Тобто це цукри, амінокислоти та інша смачна для гриба органіка. Основний плюс для рослини від мікоризної взаємодії — це, звісно, збільшення поглинальної площі кореневої системи. Є ще одна така важлива перевага — це зміна імунного статусу рослин. Тому що при взаємодії рослини з грибом, який проростає безпосередньо в тканини, відбуваються складні процеси залучення рослинного імунітету. І, загалом, рослина стає більш стійкою до дії патогенів і до абіотичних стресів.
Якщо узагальнити, то роль мікоризних грибів у стійкості рослин до стресів та, власне, утворення мікоризного симбіозу полягає в поліпшенні загального стану рослини, кращій доступності елементів живлення. Крім цього, взаємодія рослини з мікоризним грибом сприяє накопиченню антиоксидантів, що підвищує стійкість рослин до оксидативного стресу, сприяє накопиченню речовин, які утримують вологу у тканинах рослин, що робить рослину стійкою до різноманітних стресових факторів. Також мікоризні гриби виділяють білок гломалін — це сполука, яка покращує вологоутримувальну здатність фрукту.
Більшість рослин здатні до утворення мікоризи, але, як завжди, з будь-якого правила є винятки. Є дві такі родини рослин — капустяні та амарантові, які не здатні до утворення мікоризного симбіозу саме з везикулярно-арбускулярними грибами. Більш того, саме капустяні рослини виділяють сполуки — ізотіоціанати, які мають доволі невибіркову фунгіцидну дію, і негативно впливають на певні види корисних грибів, в тому числі триходерму.
Тому, якщо у вашій сівозміні є капустяні культури, зокрема ріпак, або покривні культури, що їх містять, доцільно розглянути мікоризацію наступних культур у сівозміні. Це допоможе уникнути проблем із фосфорним живленням, зокрема дефіциту фосфору у культур, які висівають після капустяних.
Отже, мікоризація рослин — це потужний симбіоз, який надасть рослинам конкурентну перевагу за дії стресових факторів. Робота з землею — це також внесення фосфор-калійних мобілізаторів, які будуть допомагати рослинам засвоювати запаси фосфору і калію з землі та підвищувати коефіцієнт корисної дії фосфорно-калійних добрив, які ви застосовуєте.
Як можна визначити, що земля здорова, а її структура покращилась?
— Окрім того, щоб подивитися, чи влаштовує вона вас за врожайністю, є певні об’єктивні наукові методи. Одним із найпростіших наукових методів, умовно, але далеко не найменш цінних, є мікробіологічні методи. Це оцінка загальної кількості мікроорганізмів у землі, співвідношення їхніх функціональних груп, порівняння кількості патогенів і сапрофітів.
Другий варіант — молекулярно-генетичні методи. На сьогодні вони полягають у детальному вивченні мікробіому землі, яке базується на дослідженні нуклеїнових кислот, тобто ДНК тих мікроорганізмів і не тільки мікроорганізмів, що живуть в землі. І ще один метод — BIOTREX – це швидкий метод визначення мікробіологічної різноманітності та активності землі. Вони полягають в тому, щоб оцінити, наскільки різноманітні сполуки можуть розкладати ті мікроорганізми, які проживають у ваших землях. Отже, саме мікробіологічний аналіз, який є найбільш поширеним і доступним в Україні, дозволяє визначити загальну кількість мікроорганізмів в землі, які здатні культивуватись на живильних середовищах, а також їх окремих функціональних груп, такі як азотфіксатори, фосформобілізатори і мікроорганізми, що руйнують органіку.
Зі зміною клімату, в Україні почастішали випадки, коли стресові умови завдають значної шкоди посівам. Якщо уникнути їх неможливо, то як допомогти рослині пережити такий стрес?
— Розглянемо докладніше, які процеси відбуваються в рослин, коли вони зазнають стресу. Стресові фактори бувають дуже різними. Це і високі, і надмірно низькі температури, вплив токсичних концентрацій важких металів, засолення земель тощо. За дії будь-якого стресового чинника в рослинах буде знижуватися активність фотосинтезу, буде зростати кількість активних форм кисню, які завдають шкоди всім живим компонентам всередині рослини. Це все, звичайно, буде інгібувати, тобто гальмувати ріст рослини і, зрештою, призводити до зниження її продуктивності і врожайності.
Варто зазначити, що стресові реакції рослин часто пов’язані з збереженням вологи в рослинних тканинах. Тому такі стресові чинники, як посуха та заморозки, хоч це на перший погляд може здаватися парадоксальним, запускають у рослин подібні механізми реагування, оскільки в обох випадках це стосуватиметься водного стресу. Наприклад, під час посухи рослини закривають продихи, щоб зменшити випаровування. З закритими продихами у рослин пригнічується фотосинтез, пригнічується накопичення біомаси. Якщо спостерігається заморозок, екстремальне зниження температури, то водний стрес відбувається за рахунок того, що внаслідок утворення кристаликів льоду руйнуються рослинні клітини, відбувається витік внутрішньоклітинного вмісту, і так само рослини, можна сказати, висихають від такого надмірного холоду.
Під час високотемпературного стресу, який, на жаль, супроводжує наші останні літні сезони, захист природних рослин від високотемпературного стресу — це інтенсивне випаровування вологи для охолодження поверхні. Тому, якщо рослині при цьому ще й недостатньо вологи, то загибель рослин при поєднанні посухи і високотемпературного стресу може наступити дуже швидко.
Є такий простий тест для визначення стану рослини під час літньої спеки — це доторкнутись до її листка. Якщо листок прохолодний, то рослина все ще випаровує вологу, і вона ще долає цей стрес. Якщо ж листок уже гарячий, то рослина вже не здатна керувати випаровуванням, і стан її наближається до критичного.
Як же ми можемо працювати з мікроорганізмами, за рахунок чого вони можуть підвищувати стійкість рослин до стресів? Протягом мільйонів років спільної еволюції з рослинами мікроорганізми навчилися «розмовляти» з ними однією хімічною мовою. Вони здатні синтезувати рослинні гормони або сполуки, які дуже подібні до них, завдяки чому рослини сприймають і розпізнають ці сигнали, що надходять від мікроорганізмів. Ці гормони, що синтезуються мікроорганізмами, здатні змінювати структуру кореневої системи. Також мікроорганізми навчилися розкладати речовину, що є попередником етилену, для того, щоб підтримувати ріст рослини за стресових умов. Крім цього, мікроорганізми здатні за допомогою своїх біологічно-активних речовин, які вони виділяють, стимулювати активізацію антиоксидантних систем у рослинах і змушувати рослини накопичувати осмотично-активні речовини у своїх тканинах, для того, щоб рослини були більш стійкими до несприятливих умов. Ось така виходить вигідна співпраця — адже рослини є фактично середовищем існування для мікроорганізмів, які живуть поряд з ними. Для цих мікроорганізмів вигідно, щоб рослина жила якомога довше і співпрацювала з ними.
Варто зазначити, що при ураженні патогенами, рослина здатна посилати в землю певні хімічні сигнали, які будуть призивати до кореневої системи рослин корисні мікроорганізми для того, щоб вони за рахунок своїх фунгіцидних, бактерицидних властивостей, могли допомогти рослині з цим впоратися.
Які практичні кроки сьогодні може зробити фермер, щоб підвищити стійкість рослин до стресів та відновити корисні ґрунтові мікроорганізми? Яких результатів можна досягти з часом?
— Якщо говорити про певні кроки, які ми вже можемо впровадити в наших технологіях для того, щоб рослини були більш стійкими до біотичних стресових факторів — це комплексна робота з ґрунтовим мікробіомом, тому що наша глобальна задача збільшити кількість корисних ростистимулювальних мікроорганізмів в землі, а патогенні мікроорганізми в землі не перевищували кількість позитивних, це робота з праймінгом застосування біологічних препаратів з корисними мікроорганізмами, які будуть підвищувати системно стійкість рослин до дії стресу.
Для відновлення здорової землі потрібен час, навіть якщо працювати з біопрепаратами. Тому що біопрепарати – це завжди стратегічно тривала робота. На жаль, не вийде за один сезон виправити те, що руйнувалося десятиліттями.
Якщо говорити про роботу з фермерами, які застосовують no-till або мінімальний обробіток, то такий досвід у нас також є. За цієї технології часто використовують «штучне» внесення корисних грибів і бактерій у землю. Водночас застосовують і мікоризацію культур, роботу з триходермою для зменшення пестицидного навантаження протягом сезону тощо. Це економічно виправдано. З часом, за тривалого поєднання no-till і біологічних підходів, у господарствах формується настільки здоровий ґрунтовий мікробіом, що потреба навіть у біопрепаратах зменшується. Така комбінація технологій дає змогу суттєво прискорити відновлення здорового мікробіому землі.
Якщо в землі ростуть якісь рослини, то певна мікробіологічна активність в ньому є, і з цим можна працювати. Тобто, якщо в землі є вже щось живе, то активність в ньому точно не нульова. Нульова активність — це, наприклад, асфальт. Якщо в землі є якісь рослини, там точно є мікроорганізми, значить, з цим можна працювати. З посушливими регіонами, звичайно, є нюанси. Там менша фізична кількість у землях. В таких умовах теж працюють наші аграрії, зокрема, застосовуючи мікоризацію рослин, тому що мікориза найкраще в таких несприятливих умовах допомагає рослинам адаптуватися.
Варто розуміти, що немає чарівних засобів. Якщо умови настають критично несприятливими, тобто посуха така, що випадає менше 200 мм опадів на рік, по півроку без дощу, плюс високі температури, і рослини при цьому знищуються фізично, то, на жаль, ніякі мікроорганізми та інші препарати в цій ситуації спрацювати не можуть. Вони теж мають певні межі толерантності для своєї роботи. І в тих умовах, де вже не можуть жити рослини, там і мікроорганізми ніяк не змінять ситуацію.
Юлія Наружна, [email protected]