Раскрывая внутреннюю силу: Глобальное руководство по улучшению почвенного микробиома

Почва под нашими ногами — это гораздо больше, чем просто земля. Это кишащая жизнью экосистема, сложное и динамичное сообщество микроорганизмов, известное как почвенный микробиом. Эта невидимая рабочая сила играет критически важную роль в здоровье растений, круговороте питательных веществ и общей экологической устойчивости. Понимание и улучшение почвенного микробиома необходимо для обеспечения продовольственной безопасности, смягчения последствий изменения климата и создания устойчивых сельскохозяйственных систем во всем мире.

Что такое почвенный микробиом?

Почвенный микробиом включает в себя все микроорганизмы, живущие в почве, в том числе бактерии, грибы, археи, вирусы, простейшие и нематоды. Эти организмы взаимодействуют друг с другом и с корнями растений в сложной сети взаимоотношений, влияя на все, от доступности питательных веществ до подавления болезней.

• Бактерии: Это самые многочисленные микроорганизмы в почве, ответственные за широкий спектр функций, включая фиксацию азота, разложение органического вещества и солюбилизацию фосфора. Например, бактерии Rhizobium образуют симбиотические отношения с бобовыми растениями, превращая атмосферный азот в доступную для роста растений форму, что является критически важным процессом во многих частях мира, от производства сои в Бразилии до выращивания бобовых в Индии.
• Грибы: Грибы играют ключевую роль в круговороте питательных веществ, разложении органики и защите растений. Микоризные грибы, например, образуют симбиотические ассоциации с корнями растений, расширяя охват корневой системы и улучшая поглощение питательных веществ и воды. Арбускулярные микоризные грибы (АМГ) особенно важны в почвах с ограниченным содержанием фосфора, распространенных в некоторых частях Африки и Австралии.
• Археи: Хотя их часто упускают из виду, археи все чаще признаются важными участниками почвенных процессов, особенно в экстремальных условиях. Они могут участвовать в круговороте азота и разложении органического вещества.
• Вирусы: Вирусы, включая бактериофаги, которые заражают бактерии, могут значительно влиять на состав и активность почвенного микробиома.
• Простейшие и нематоды: Эти микроскопические организмы питаются бактериями и грибами, регулируя их популяции и высвобождая питательные вещества обратно в почву.

Почему важно улучшать почвенный микробиом?

Здоровый и разнообразный почвенный микробиом предлагает множество преимуществ:

• Улучшение круговорота питательных веществ: Микроорганизмы разлагают органическое вещество, высвобождая необходимые питательные элементы, такие как азот, фосфор и калий, в формах, которые растения могут легко усваивать. Это снижает потребность в синтетических удобрениях, минимизируя воздействие на окружающую среду и способствуя устойчивому сельскому хозяйству. Например, в системах органического земледелия в Европе и Северной Америке использование покровных культур и компостирования стимулирует микробную активность и улучшает доступность питательных веществ.
• Усиление роста растений: Некоторые микробы производят гормоны роста растений, такие как ауксины и гиббереллины, которые стимулируют развитие корней и общий рост растений. Это может привести к увеличению урожайности и улучшению качества урожая. В Юго-Восточной Азии использование полезных микробов, таких как ризобактерии, способствующие росту растений (PGPR), набирает популярность для повышения урожайности риса.
• Подавление болезней: Полезные микробы могут вытеснять или напрямую подавлять патогены растений, снижая заболеваемость и потребность в химических пестицидах. Грибы рода Trichoderma, например, широко используются в качестве агентов биоконтроля против различных грибковых патогенов.
• Повышение стрессоустойчивости: Микробы могут помочь растениям переносить стрессовые условия окружающей среды, такие как засуха, засоление и загрязнение тяжелыми металлами. Например, исследования в засушливых регионах Ближнего Востока изучают использование эндофитов (микробов, живущих внутри тканей растений) для улучшения выживаемости и роста растений в условиях засухи.
• Улучшение структуры почвы: Микробная активность способствует образованию стабильных почвенных агрегатов, улучшая структуру почвы, инфильтрацию воды и аэрацию. Это способствует росту корней и уменьшает эрозию почвы.
• Секвестрация углерода: Здоровый почвенный микробиом может усиливать секвестрацию углерода в почве, помогая смягчить последствия изменения климата. Микробы разлагают органическое вещество, превращая его в стабильные формы углерода, которые могут храниться в почве в течение длительного времени.

Стратегии улучшения почвенного микробиома: глобальная перспектива

Существует несколько эффективных стратегий для улучшения почвенного микробиома, применимых в различных сельскохозяйственных системах и географических регионах:

1. Снижение использования химикатов

Синтетические удобрения, пестициды и гербициды могут негативно влиять на почвенный микробиом, снижая его разнообразие и функциональность. Минимизация или отказ от использования этих химикатов имеет решающее значение для поддержания здоровой почвенной экосистемы. Стратегии интегрированной защиты растений (ИЗР), которые делают акцент на биологическом контроле и других нехимических методах борьбы с вредителями, становятся все более популярными во всем мире.

2. Внесение органического вещества

Добавление органического вещества в почву, такого как компост, навоз, покровные культуры и растительные остатки, обеспечивает пищу и энергию для почвенных микроорганизмов, стимулируя их рост и активность. Различные типы органического вещества по-разному влияют на микробиом, поэтому важно выбирать правильные материалы для вашей конкретной почвы и культуры. Например:

• Компост: Компост является богатым источником полезных микробов и питательных веществ. Различные методы компостирования, такие как вермикомпостирование (с использованием дождевых червей), могут дополнительно повысить микробное разнообразие и качество компоста. Во многих частях Азии традиционные методы компостирования модернизируются для повышения эффективности и снижения воздействия на окружающую среду.
• Навоз: Навоз от домашнего скота может быть ценным источником органического вещества и питательных веществ. Однако важно компостировать или правильно управлять навозом, чтобы снизить риск распространения патогенов и стока питательных веществ.
• Покровные культуры: Покровные культуры — это растения, выращиваемые специально для улучшения здоровья почвы. Они могут добавлять органическое вещество в почву, подавлять сорняки и предотвращать эрозию почвы. Бобовые покровные культуры, такие как клевер и вика, также могут фиксировать азот в почве. В Южной Америке покровные культуры все чаще используются для улучшения здоровья почвы в системах производства сои и кукурузы.
• Растительные остатки: Оставление растительных остатков на поверхности почвы после сбора урожая может служить пищей для почвенных микроорганизмов и защищать почву от эрозии. Однако важно правильно управлять растительными остатками, чтобы предотвратить накопление вредителей и болезней.

3. Практика нулевой или минимальной обработки почвы

Обработка почвы может нарушить ее структуру и навредить почвенным микроорганизмам. Практики нулевой или минимальной обработки почвы минимизируют ее нарушение, способствуя созданию более стабильного и разнообразного почвенного микробиома. Нулевая обработка почвы широко практикуется в Северной и Южной Америке, и ее внедрение растет в других частях мира.

4. Севооборот

Чередование культур может помочь прервать циклы развития вредителей и болезней и улучшить здоровье почвы. Различные культуры по-разному влияют на почвенный микробиом, поэтому чередование культур может способствовать созданию более разнообразного и сбалансированного микробного сообщества. Традиционные системы севооборота в Африке и Азии давно признали преимущества чередования бобовых с другими культурами для повышения плодородия почвы.

5. Инокуляция полезными микробами

Внесение полезных микробов в почву с помощью биоудобрений или биопестицидов может усилить определенные функции почвенного микробиома, такие как фиксация азота или подавление болезней. Биоудобрения, содержащие бактерии Rhizobium, микоризные грибы или другие полезные микробы, коммерчески доступны во многих странах и используются для повышения урожайности и снижения потребности в синтетических удобрениях. В Индии правительство поощряет использование биоудобрений для улучшения здоровья почвы и снижения воздействия сельского хозяйства на окружающую среду.

6. Управление pH почвы

pH почвы значительно влияет на микробную активность. Поддержание оптимального уровня pH почвы (обычно между 6.0 и 7.0) имеет решающее значение для поддержания здорового почвенного микробиома. Анализ почвы и внесение извести или серы могут помочь отрегулировать pH почвы до соответствующего диапазона.

7. Улучшение дренажа почвы

Переувлажненные почвы могут ограничивать доступ кислорода, подавляя рост полезных аэробных микроорганизмов. Улучшение дренажа почвы может создать более благоприятную среду для разнообразного и активного почвенного микробиома.

8. Интегрированное управление питательными веществами

Сочетание органических и неорганических источников питательных веществ может обеспечить сбалансированное питание как для растений, так и для почвенных микроорганизмов. Стратегии интегрированного управления питательными веществами направлены на оптимизацию эффективности их использования и минимизацию воздействия на окружающую среду.

Тематические исследования: Улучшение почвенного микробиома в действии

Вот несколько примеров того, как улучшение почвенного микробиома успешно применяется в разных частях мира:

• Бразилия: Нулевая обработка почвы с использованием покровных культур широко практикуется в районах производства сои в Бразилии. Эта система улучшает здоровье почвы, снижает ее эрозию и усиливает секвестрацию углерода. Исследователи также изучают использование биоудобрений, содержащих азотфиксирующие бактерии, для снижения потребности в синтетических азотных удобрениях.
• Индия: Правительство Индии поощряет использование биоудобрений и практик органического земледелия для улучшения здоровья почвы и снижения воздействия сельского хозяйства на окружающую среду. Фермеров также призывают внедрять стратегии интегрированного управления питательными веществами, которые сочетают органические и неорганические источники.
• Кения: В Кении мелкие фермеры используют практики ресурсосберегающего сельского хозяйства, такие как нулевая обработка почвы, покровные культуры и севооборот, для улучшения здоровья почвы и повышения урожайности. Они также используют местный компост и навоз для повышения плодородия почвы.
• Нидерланды: Нидерланды являются лидером в области устойчивого сельского хозяйства и активно продвигают использование стратегий улучшения почвенного микробиома. Фермеры используют покровные культуры, компост и биоудобрения для улучшения здоровья почвы и снижения потребности в синтетических материалах.

Проблемы и возможности

Хотя преимущества улучшения почвенного микробиома очевидны, существуют и некоторые проблемы для его широкого внедрения:

• Сложность: Почвенный микробиом — это сложная и динамичная система, и бывает трудно предсказать, как различные методы управления повлияют на него.
• Контекстная специфичность: Оптимальные стратегии улучшения почвенного микробиома будут варьироваться в зависимости от типа почвы, климата, культуры и методов управления.
• Недостаточная осведомленность: Многие фермеры не знают о важности почвенного микробиома и о том, как эффективно им управлять.
• Стоимость: Некоторые стратегии улучшения почвенного микробиома, такие как использование биоудобрений, могут быть дорогостоящими.

Несмотря на эти проблемы, существуют также значительные возможности для продвижения улучшения почвенного микробиома во всем мире:

• Исследования и разработки: Необходимы дальнейшие исследования для лучшего понимания почвенного микробиома и разработки более эффективных и доступных стратегий его улучшения.
• Образование и консультирование: Фермерам необходим доступ к информации и обучению по управлению почвенным микробиомом.
• Политическая поддержка: Правительства могут играть роль в продвижении улучшения почвенного микробиома, предоставляя стимулы фермерам для внедрения устойчивых методов ведения сельского хозяйства.
• Инновации в частном секторе: Частный сектор может разрабатывать и продавать инновационные продукты и услуги для улучшения почвенного микробиома.

Практические советы для фермеров и специалистов по всему миру

Вот несколько практических шагов, которые вы можете предпринять для улучшения почвенного микробиома в ваших собственных сельскохозяйственных системах:

• Проводите анализ почвы: Регулярный анализ почвы может предоставить ценную информацию о содержании питательных веществ, pH и уровне органического вещества в вашей почве.
• Сократите использование химикатов: Минимизируйте или откажитесь от использования синтетических удобрений, пестицидов и гербицидов.
• Вносите органическое вещество: Добавляйте в почву компост, навоз, покровные культуры или растительные остатки.
• Практикуйте нулевую или минимальную обработку почвы: Минимизируйте нарушение почвы.
• Соблюдайте севооборот: Чередуйте культуры, чтобы прервать циклы развития вредителей и болезней и улучшить здоровье почвы.
• Рассмотрите использование биоудобрений: Изучите возможность использования биоудобрений, содержащих полезные микробы.
• Управляйте pH почвы: Поддерживайте оптимальный уровень pH почвы.
• Улучшайте дренаж почвы: Обеспечьте хороший дренаж почвы.
• Обращайтесь за советом к экспертам: Консультируйтесь с почвоведами или специалистами по сельскому хозяйству для получения индивидуальных рекомендаций.

Заключение: Будущее, основанное на здоровой почве

Почвенный микробиом является критически важным компонентом здоровых и устойчивых сельскохозяйственных систем. Понимая и улучшая почвенный микробиом, мы можем улучшить круговорот питательных веществ, усилить рост растений, подавлять болезни, повысить стрессоустойчивость, улучшить структуру почвы и секвестрировать углерод. Улучшение почвенного микробиома — это не просто тенденция; это фундаментальный сдвиг к более устойчивой и жизнеспособной продовольственной системе. Применяя устойчивые методы ведения сельского хозяйства и используя силу почвенного микробиома, мы можем построить более здоровую планету и обеспечить более надежное продовольственное будущее для всех. По мере развития сельскохозяйственных практик, приоритетное внимание к здоровью почвы и улучшению микробиома будет жизненно важно для достижения глобальных целей устойчивого развития.

Путь к использованию всего потенциала почвенного микробиома требует совместных усилий, постоянных исследований и обмена знаниями через географические границы. Давайте работать вместе, чтобы раскрыть внутреннюю силу и взрастить будущее, основанное на здоровой почве.