Про те, як поліпшити структуру та посприяти розвитку позитивної біоти у ґрунті – про це та інше розповіла Ярослава Бухонська, експерт з питань фізіології рослин компанії BTU, під час навчального заходу BRIDGES, який був присвячений питанню охорони та відновлення ґрунтів в умовах змін клімату.
Протягом останніх 15 років у світі відмічається тенденція, коли об’єм опадів відчутно скорочується, відбувається певна зміна сезонів, коли основний обсяг дощів випадає раніше або пізніше звичних дат. Зміни клімату, в будь-якому випадку, впливають на ведення аграрного господарства і нехтувати такі зміни неприпустимо.
Пані Ярославо, враховуючи кліматичні зміни, котрі так чи інакше впливають на ведення сільського господарства, розкажіть, будь ласка, як на практиці комплексно працювати з ґрунтами та рослинами, аби збільшити їхню резистентність та стабільність?
— Без сумніву, певні метаморфози навколо нас вже відбуваються, і нам необхідно шукати рішення на нові питання, які виникають у зв’язку з різними кліматичними змінами. Глобальні зміни наявні, і ми це констатуємо за станом ґрунтів на всій земній кулі.
Перш за все, ґрунт є дуже значним накопичувачем вуглецю. Цього елементу в ґрунтах значно більше, ніж в атмосферному повітрі. І в ґрунті, окрім того, що вуглець просто зберігається, він ще й здійснює свої визначальні функції, оскільки ґрунтова органічна субстанція — це родючість ґрунту, міцне здоров’я мікроорганізмів та інших живих істот, які в цьому ґрунті існують. Також це спроможність ґрунту утримувати вологу, і, що досить важливо, це опірність до ерозії, тобто до руйнування під впливом різних факторів, таких як вітер та вода. Наразі ми спостерігаємо на нашій планеті, і в Україні, зокрема, дуже суттєву проблему з руйнуванням ґрунтів, яку поки що не вдається вирішити.
Ярослава Бухонська, спеціаліст з питань фізіології рослин компанії BTU
Якщо говорити про ґрунт у площині впливу на рослини, то найбільше нас цікавить ризосфера — ділянка навколо коріння. Саме тут концентрується найбільше ґрунтових мікроорганізмів, оскільки корені виділяють чимало живильних речовин, якими ці мікроорганізми харчуються. Таким чином, під час дослідження мікробіологічного складу ґрунту найбільшу їх кількість ми виявимо саме в прикореневій ділянці. Цікавим є й те, що кожна рослина має свої специфічні кореневі виділення, а відтак — «своїх» мікробних компаньйонів, котрі краще з нею взаємодіють. Саме тому важливо дотримуватися різноманітної черговості культур та застосовувати покривні культури й сидерати, аби збільшувати рослинне розмаїття на полі. А разом із ним автоматично збільшуватиметься й розмаїття корисних мікроорганізмів у ґрунті.
Наскільки вагоме таке розмаїття та який вплив воно має на врожайність?
— Загалом, у наш час почали значно більше говорити про здоров’я ґрунту, зокрема про значущість його біологічної складової. Раніше ж домінувала інша логіка — так зване хімічне пожвавлення рослин і значна частина досліджень була сфокусована саме на цьому. Це абсолютно зрозуміло і прийнятно для того етапу розвитку агрономії. Підхід був простий: скільки поживних речовин рослина забирає із ґрунту, стільки ж ми повертаємо у вигляді добрив. Дебет із кредитом зійшлися — отже, все функціонує.
Але, на превеликий жаль, це не завжди функціонує саме так, суто математично, і фосфорні та калійні добрива (фосфорно-калійне підживлення) — це найбільш показовий приклад цієї проблеми. Що ж відбувається саме з фосфорним і калійним фондом у ґрунті? Сукупні запаси в ґрунті цих двох елементів живлення, насправді, не дуже великі. Проблема полягає в тому, що більша частина фосфору і калію, що міститься в ґрунті, знаходиться в недоступній для рослин формі.
Аналогічна ситуація відбувається і за внесення добрив, котрі 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 здійснено відносно нещодавно, і цей процес досі вивчається, називається він ризофагія. Рослини не здатні телепортувати собі в коріння фосфор і калій із ґрунтових мінералів, їм потрібен хтось, хто допоможе це зробити. Існують певні ризосферні мікроби, котрі живуть у 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 потреб, оскільки їм так само, як і всім живим істотам, потрібні фосфор і калій.
Поки що науковці не знають, що їх примушує 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 досить агресивними сполуками.
Під час цього процесу в мікроорганізмів частково руйнуються клітинні стінки, внаслідок чого вони втрачають накопичені поживні елементи. Рослина, у свою чергу, засвоює ці речовини. Після цього мікроорганізми ще певний 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. Разом із тим, механізми регулювання 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.
Підкреслю, що для нормального живлення рослин потрібна присутність активних мікроорганізмів, які здатні забезпечувати їх поживними речовинами в процесі своєї життєдіяльності.
Розкажіть докладніше 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, котрі називаються, власне, мікоризними.
Мікориза — це не щось нове, їй понад 400 мільйонів років. Оскільки мікоризні гриби свого часу допомогли рослинам колонізувати сушу, ще тим первинним рослинам. І вони продовжують це робити до сьогодні. Тому що саме ці гриби навчилися колонізувати коріння рослин, тобто проростати в тканини коріння рослин і таким чином підтримувати взаємодію з рослинним організмом.
Існує чимало видів різних грибів, котрі можуть утворювати з рослинами мікоризи. Але в основному аграріїв найбільше цікавить везикулярно-арбускулярна мікориза. Вона так називається, оскільки гриб, котрий її утворює, здатний проростати в середину клітин коріння рослин глибше і утворювати в них такі структури, котрі називаються везикули та арбускули. За допомогою цих структур мікоризний гриб обмінюється речовинами з рослинами.
Обмін відбувається таким чином. Переважно рослина отримує від гриба мінеральні елементи живлення та воду, а гриб, у свою чергу, отримує від рослини продукти фотосинтезу, які рослина утворює. Тобто це цукри, амінокислоти та інша приємна для гриба органіка. Який основний плюс для рослини від мікоризної взаємодії — це, безперечно, збільшення поглинальної площі кореневої системи. Є ще одна така класна перевага — це зміна імунного статусу рослин. Оскільки 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. Окрім цього, взаємодія рослини з мікоризним грибом сприяє накопиченню антиоксидантів, що підвищує стійкість рослин до оксидативного стресу, сприяє накопиченню речовин, котрі 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 існують винятки. Є дві такі родини рослин — капустяні і амарантові, котрі не здатні до утворення мікоризного симбіозу саме з везикулярно-арбускулярними грибами. Більш того, саме капустяні рослини виділяють сполуки — ізотіоціанати, які мають досить 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 посприяє уникненню 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, котрі будуть допомагати рослинам засвоювати запаси фосфору і калію з ґрунту та підвищувати коефіцієнт корисної дії фосфорно-калійних добрив, які ви застосовуєте.
Як можливо оцінити, що ґрунт здоровий, а його структура покращилась?
— Окрім того, аби 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 загальної кількості 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, аби оцінити, наскільки різноманітні сполуки можуть розкладати ті мікроорганізми, котрі проживають у ваших ґрунтах. Отже, саме мікробіологічний аналіз, який є найбільш поширеним і доступним в Україні, дозволяє визначити загальну кількість мікроорганізмів в ґрунті, котрі 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 значну шкоду посівам. Якщо уникнути їх неможливо, то як посприяти рослині пережити такий стрес?
— Розглянемо детальніше, які процеси відбуваються в рослин, коли вони стресують. Стресові фактори бувають дуже різними. Це і високі, і надмірно низькі температури, вплив отруйних концентрацій важких металів, засолення ґрунтів, тощо. За дії будь-якого стресового чинника в рослинах буде знижуватися активність фотосинтезу, буде зростати кількість активних форм кисню, котрі наносять шкоду всім живим компонентам всередині рослини. Це все, звісно, що буде інгібувати, тобто гальмувати ріст рослини і, врешті-решт, зводити до зниження її продуктивності і врожайності.
Варто зазначити, 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 стосуватимуться водного стресу. Наприклад, під час посухи рослини закривають продихи, аби 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 бракує вологи, то загибель рослин при поєднанні посухи і високотемпературного стресу може настати дуже швидко.
Існує 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.
Яким чином ми можемо працювати з мікроорганізмами, за рахунок чого вони можуть збільшувати стресостійкість рослин? Упродовж мільйонів років спільної еволюції з рослинами мікроорганізми навчилися «спілкуватися» з ними однією хімічною мовою. Вони здатні синтезувати рослинні гормони або сполуки, котрі 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, аби підтримувати ріст рослини за стресових умов. Окрім 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, аби рослини були більш стійкими до несприятливих умов. Ось така виходить win-win співпраця — адже рослини є фактично середовищем існування для мікроорганізмів, котрі 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, котрі 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, аби збільшити стійкість рослин до стресів та відновити корисні ґрунтові мікроорганізми? Яких результатів можна досягти з часом?
— Якщо говорити про певні кроки, котрі ми вже можемо впровадити в наших технологіях для того, аби рослини були більш стійкими до біотичних стресових факторів — це комплексна робота з ґрунтовим мікробіомом, оскільки 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, котрі 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, котрі 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. Разом із тим, застосовують і мікоризацію культур, роботу з триходермою для зменшення пестицидного навантаження упродовж 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 наявна, 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, отже, з цим можна працювати. З посушливими регіонами, звісно, є нюанси. Там менша фізична кількість у ґрунтах. В таких умовах теж працюють наші аграрії, зокрема, застосовуючи мікоризацію рослин, оскільки мікориза найкраще в таких несприятливих умовах допомагає рослинам адаптуватися.
Слід 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 гинуть 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 існувати рослини, там і мікроорганізми ніяк не змінять ситуацію.
Юлія Наружна, [email protected]