Як покращити структуру та сприяти розвитку корисної біоти в ґрунті – про це та більше розповіла Ярослава Бухонська, спеціаліст з питань фізіології рослин компанії BTU, під час тренінгу BRIDGES, присвяченому питанню захисту та відновлення ґрунтів в умовах кліматичних змін.
Останні 15 років у світі спостерігається тенденція, коли кількість опадів помітно зменшується, відбувається певний зсув сезонів, коли основна маса дощів випадає раніше або пізніше звичайних термінів. Кліматичні зміни, так чи інакше, впливають на ведення сільського господарства і ігнорувати такі зміни не можна.
Ярославо, на тлі кліматичних змін, які так чи інакше впливають на ведення сільського господарства, поділіться, будь ласка, як на практиці комплексно працювати з ґрунтами та рослинами, щоб підвищити їхню стійкість і стабільність?
— Очевидно, що певні зміни навколо нас вже відбуваються, і нам потрібно шукати відповіді на нові виклики, які постають у зв’язку з різними кліматичними змінами. Глобальні зміни вже є, і ми це бачимо зі стану ґрунтів на всій планеті.
Перш за все, ґрунт є дуже великим резервуаром вуглецю. Цього елементу в ґрунтах набагато більше, ніж в атмосферному повітрі. І в ґрунті, крім того, що вуглець просто зберігається, він ще й виконує свої основоположні функції, тому що ґрунтова органічна речовина — це родючість ґрунту, здоров’я мікроорганізмів та інших живих організмів, які в цьому ґрунті живуть. Також це здатність ґрунту утримувати вологу, і, що дуже важливо, це стійкість до ерозії, тобто до деградації під впливом різних факторів, таких як вітер та вода. Зараз ми бачимо на нашій планеті, і в Україні, зокрема, дуже значну проблему з деградацією ґрунтів, яку поки що не вдається подолати.
Ярослава Бухонська, спеціаліст з питань фізіології рослин компанії BTU
Якщо говорити про ґрунт у контексті впливу на рослини, то найбільше нас цікавить ризосфера — зона навколо коренів. Саме тут зосереджується найбільше ґрунтових мікроорганізмів, адже корені виділяють багато поживних речовин, якими ці мікроорганізми живляться. Тому під час аналізу мікробіологічного складу ґрунту найбільшу їх кількість ми знайдемо саме в прикореневій зоні. Цікавим є й те, що кожна рослина має свої особливі кореневі виділення, а отже — «своїх» мікробних компаньйонів, які краще з нею взаємодіють. Саме тому важливо дотримуватися різноманітної сівозміни та використовувати покривні культури й сидерати, щоб підвищувати рослинне різноманіття на полі. А разом із ним автоматично зростатиме й різноманіття корисних мікроорганізмів у ґрунті.
Наскільки важливе таке різноманіття та який вплив воно має на врожайність?
— Загалом, у наш час почали набагато більше говорити про здоров’я ґрунту, зокрема про важливість його біологічної складової. Раніше ж переважала інша логіка — так зване хімічне оживлення рослин і більшість досліджень була зосереджена саме на цьому. Це цілком зрозуміло і нормально для того етапу розвитку агрономії. Підхід був простий: скільки поживних речовин рослина виносить із ґрунту, стільки ж ми повертаємо у вигляді добрив. Дебет із кредитом зійшлися — значить, усе працює.
Але, на жаль, це не завжди працює саме так, прямо математично, і фосфорні і калійні добрива (фосфорно-калійне підживлення) — це найяскравіший приклад цієї проблеми. Що ж відбувається саме з фосфорним і калійним фондом у ґрунті? Валові запаси в ґрунті цих двох елементів живлення, насправді, дуже невеликі. Проблема в тому, що більша частина фосфору і калію, що міститься в ґрунті, перебуває у недоступних для рослин формах.
Така ж ситуація відбувається і за внесення добрив, які містять фосфор і калій. Фосфор, наприклад, зв’язується в ґрунтах зі сполуками кальцію, на кислих ґрунтах — із залізом та алюмінієм, і рослини його засвоїти не можуть. І нещодавно стало відомо, що саме мікроорганізми є дуже 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 досліджується, називається він ризофагія. Рослини не можуть телепортувати собі в корені фосфор і калій з ґрунтових мінералів, їм потрібен хтось, хто допоможе це зробити. Існують певні ризосферні мікроби, які живуть в прикореневій зоні 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 цілей, тому що їм так само, як і всім живим організмам, треба фосфор і калій.
Поки що науковці не знають, що їх змушує це робити, але вони потрапляють в середину 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, унаслідок чого вони втрачають накопичені поживні елементи. Рослина, своєю чергою, засвоює ці речовини. Після цього мікроорганізми ще деякий час перебувають усередині тканин кореня, де можуть кілька разів поділитися, тобто розмножитися. Згодом рослина вивільняє їх назад у ризосферу. Це бактерії, які знову потрапляють у ґрунт, 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 % усього 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.
Зауважу, що для нормального живлення рослин необхідна присутність 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 трендова 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. Тому що мікоризні гриби свого часу допомогли рослинам колонізувати сушу, ще тим первісним рослинам. І вони продовжують це робити до сьогодні. Тому що саме ці гриби навчилися колонізувати корені рослин, тобто проростати в тканини коренів рослин і таким чином підтримувати взаємодію з рослинним організмом.
Існує доволі багато видів різних грибів, які можуть утворювати з рослинами мікоризи. Але в основному аграрії 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. З 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. Який основний плюс для рослини від мікоризної взаємодії — це, звісно, збільшення поглинальної площі кореневої системи. Є ще одна така класна 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 підсумувати, то роль мікоризних грибів у стресостійкості рослин та, власне, утворення мікоризного симбіозу полягає в покращенні 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 чинників. 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 і 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 наявні 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 чинників. Робота з ґрунтом — це також внесення фосфор-калійних мобілізаторів, які будуть допомагати рослинам засвоювати запаси фосфору і калію з ґрунту та підвищувати коефіцієнт корисної дії фосфорно-калійних добрив, які ви застосовуєте.
Як можна оцінити, що ґрунт здоровий, а його структура покращилась?
— Крім того, щоб подивитися, чи влаштовує він 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 загального числа мікроорганізмів у ґрунті, співвідношення їхніх функціональних груп, порівняння числа патогенів і сапрофітів.
Другий варіант — молекулярно-генетичні методи. На сьогодні вони полягають у дуже детальному вивченні мікробіому ґрунту, яке базується на дослідженні нуклеїнових кислот, тобто ДНК тих мікроорганізмів і не тільки мікроорганізмів, що проживають в ґрунті. І ще один метод — BIOTREX – це швидкий метод визначити мікробіологічну різноманітність та активність ґрунту. Вони полягають в тому, щоб оцінити, наскільки різноманітні сполуки можуть розкладати ті мікроорганізми, які проживають у ваших ґрунтах. Отже, саме мікробіологічний аналіз, який є найбільш поширеним і доступним в Україні, дозволяє визначити загальну кількість мікроорганізмів в ґрунті, які здатні культивуватись на живильних середовищах, а також їх окремих функціональних груп, такі як азотфіксатори, фосформобілізатори і мікроорганізми, що деструктують органіку.
Зі зміною клімату, в Україні почастішали випадки, коли стресові умови наносять суттєву шкоду посівам. Якщо уникнути їх не можна, то як допомогти рослині пережити такий стрес?
— Розглянемо докладніше, які процеси відбуваються в рослин, коли вони стресують. Стресові фактори бувають дуже різними. Це і високі, і надмірно низькі температури, вплив токсичних концентрацій важких металів, засолення ґрунтів тощо. За дії будь-якого стресового чинника в рослинах буде знижуватися активність фотосинтезу, буде зростати кількість активних форм кисню, які наносять шкоду всім живим компонентам всередині рослини. Це все, звичайно, що буде інгібувати, тобто гальмувати ріст рослини і, зрештою, зводити до зниження її продуктивності і врожайності.
Цікаво, що стресові реакції рослин часто пов’язані зі збереженням вологи у 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 розриваються 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 стресостійкість рослин? 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 архітектуру 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 win-win 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.
Цікаво, що при ураженні патогенами, рослина здатна посилати в ґрунт 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 порадитися.
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 рістстимулювальних мікроорганізмів в ґрунті, а патогенні мікроорганізми в ґрунті 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 здорового ґрунту 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 ламалося 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 ґрунт. 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 ґрунту.
Якщо в ґрунті ростуть якісь рослини, то певна мікробіологічна активність в ньому є, і з цим можна працювати. Тобто, якщо в ґрунті є вже щось живе, то активність в ньому точно не нульова. Нульова активність — це, наприклад, асфальт. Якщо в ґрунті є якісь рослини, там точно є мікроорганізми, значить, з цим можна працювати. З посушливими регіонами, звичайно, є нюанси. Там менша фізична кількість у ґрунтах. 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 пігулок. 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]