Здоровье почвы как новая характеристика почвенной экосистемы с новой концепцией

ЗДОРОВЬЕ ПОЧВЫ КАК НОВАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА ПОЧВЕННОЙ ЭКОСИСТЕМЫ С НОВОЙ КОНЦЕПЦИЕЙ.

Кафедра микробиологии биологического факультета МГУ имени М. В. 119234. Ленинские Горы, 1, 12. Москва, Россия. *****@***ru

Современные задачи агрохимической науки уже только внедрение химизации в агрономию, как это требовалось было во времена основателя отечественной агрохимической науки, , но включают и задачи поддержание и развитие почвенного плодородия (ПП), качества почвы (КП) и даже здоровья почвы (ЗП). Понятие здоровье почвы возникло в конце 80-х - начале 90-х гг. ХХ в., и ее необходимость было вызвано социальными и научными обстоятельствами. В начале понятие ЗП рассматривался, как компонент качества почвы, но это представление быстро переросло такое узкое понимание. Подошло время рассматривать физические и химические компоненты качества почвы, как составляющие именно ЗП, которые влияют на проявление свойств биологической сути. Рассматривать здоровье почвы, параметры и индикаторы нужно соотносить с тем к какой экосистеме принадлежит почва – к природной экосистеме или агроэкосистеме. Среди многочисленных требований и пожеланий к ЗП неизменно присутствуют такие характеристики почвы, как: resilience - упругость, resistance - сопротивление (противодействие), stability - устойчивость (стабильность), redundancy - избыточность и boundary’s - «границы» экосистемы. Со здоровой почвой связывают и необходимость наличия в здоровой почве высокого биоразнообразия, «замкнутости» циклов биофильных элементов, супрессивной функции - способность ПЭ «подавлять» развития фитопатогенной, а еще лучше - всяких патогенов, но с обеспечением стабильно высоких урожаев. Некоторые из характеристик «здоровой почвы» совпадают, поддерживаются и усиливаются при определенной системе возделывания почв, а именно с биоэкологическим, в англоязычной литературе - органическим земледелием. Концепции о ЗП возникла, и как отражение накопления новых фактов в познании экологии окружающей среды, фундаментальных достижений экологии - общей и экологии микроорганизмов, выразившихся в виде законов и концепций: закон экспоненциального роста популяций, (2) лимитирования и/или ингибирования роста популяций и (3) волнообразного или осциллирующего развития популяций во времени и в пространстве. Значительную роль сыграла концепция о структуре микробного сообщество (МС), где МС - это некая совокупность таксономически разных, но функционально взаимодействующих популяций микроорганизмов, существующих некоторое время в соответствующем месте. Компоненты МС могут быть, как сильно связанными между собой, в том числе и физически, а МС – высоко специализированным, так и слабо связанными, а МС - низко специализированным. Были сформулированы и новые концепции, создающие базис научных основ содержания ЗП и среди них концепция «нарушающих воздействий (НВ) и волнообразного развития микробных популяций (МП) и МС». Именно эта концепция создала основу для формулирования современного определения ЗП: «здоровья почвы – это биологическая категория, отражающая состояние динамики активности биотического компонента в органоминеральном (неживой части) комплексе почвы. Экологически здоровая почва характеризуется адекватной соответствующей природно-климатической зоне: активностью биотических процессов (синтеза и гидролиза), устойчивостью их к нарушающим воздействиям (биотическим и абиотическим) и замкнутостью циклов биофильных элементов и микроорганизмов в независимости от потребительских запросов человека. Потребительски здоровая почва характеризуется еще и соответствием своего качества нормативным показателям и приемлемым плодородием». Такое определение ЗП не только не противоречит содержательной сути генеральных характеристик почвы, но интегрирует содержание этих характеристик, т. к. показания динамики активности биотического компонента взаимосвязаны с КП и отражаются на ПП.

Концепция НВ и волнообразного развития микробных популяций (МП) и МС привела к мысли ее практического использования. Был предложен метод исследования ЗП на основе определения активности МП и МС разных почв в виде сравнительной оценки волнообразного ответа на различные НВ, используя динамику выделения СО2 из почвы или других субстратов. Метод быстрый, не деструктивный, поддающийся автоматизации [http://www. freepm. ru/Models/90212]. Ключевыми положениями этого метода, как и последующих, является обязательность: (1) сравнение исследуемой почвы с избранной здоровой (условно эталонной - или «конвенционно» - здоровой) почвой одного и того же генезиса, и ландшафта, (2) применения адекватного и одного и того же НВ на исследуемые почвы, (3) проведение хотя бы коротких, но динамические наблюдений и определений. В предлагаемом способе определения гетеротрофного параметра здоровья почвы (ГПЗП) используется внесение глюкозы и поэтому метод называется гетеротрофным (, персональное предложение) параметром ЗП [http://bankpatentov. ru/node/62779]. Способ уже был описан в нескольких публикациях.

во многих определениях ЗП подчеркивается важность знания о «замкнутости» циклов биофильных элементов, в первую очередь соединений азота (N) и фосфора (P) в почвенной экосистеме (ПЭ). На данный временной период решения задачи определения состояния циклов биофильных элементов в ПЭ для определения поступления/выноса азота в ПЭ, даже динамическими подходами, а тем более традиционными статическими методами в виде концентраций соединений азота в почве для параметризации ЗП не могут признаны приемлемыми и нужны другие подходы. Предлагается составлять суждение о «состоянии циклов биофильных элементов» ПЭ в виде показателя активности МС в почвенной экосистеме, определяя сравнительную активность МС при временном обогащении почвы минеральными соединениями биофильных элементов (ПАнБЭ), например, азота. Предлагается проводить одновременное обогащение образцов почвы, по аналогии с ГПЗП углеродным и азотным субстратами, а при необходимости и фосфором, что рассматривается, как нарушающее воздействие на ПЭ. Измерять скорость СИД по скорости (V) выделения СО2 образцами во времени, в условиях их термостатирования и поддержания сравниваемой влажности для с «условно здоровой» («эталонной») почвой и исследуемой. Т. о., предлагается решать проблему выяснения состояния циклов биогенных элементов (замкнутость - разомкнутость) по реакции СИД в присутствии внесенных биофильных элементов, принимая, что если реакция СИД испытуемой почвы равна реакции «здоровой» почвы, то состояние циклов биогенных элементов в испытуемой почве соответствует норме. Наши эксперименты определения параметра активности МС на биофильные элементы (ПАнБЭ) при отмеченных условиях показали чувствительность метода, результативность, объективность и не обременительность.

Интеграционным этапом на текущий период разработки параметров ЗП представляется разработка (а) параметра оценки супресирующей (биоконтролирующей) активности почвенной экосистемы (ПБАПЭ) в отношении микробных патогенов, вызывающих болезни, в первую очередь, растений и разработка (б) показателей для выбора направлений в системе оздоровления (лечения) ПЭ на основе уже предложенных показателей.

Требование о супрессии аборигенными почвенными микроорганизмами вредной биоты (фитопатогенной и санитарно-показательной), выдвигается как необходимое условие здоровой почвы. Сбалансированность разнообразия и численности популяций микроорганизмов с нормальной конкуренцией и кооперацией – фундаментальное условие для любой самоподдерживающейся экосистемы. Поэтому с биологической точки зрения правильнее говорить не о супрессирующей активности здоровой почвы по отношению к фито - и другим патогенам, а о биоконтролирующей способности безудержного размножения любой микробной популяции. К сожалению, известные способы количественного определения биоконтролирующей способности почвы, являются время - и трудоемким, и подходят для академических решений. Т. о., проблема количественного и быстрого определения о биоконтролирующей способности ПЭ все еще остается открытой.

В настоящее время разработана возможность выбора направлений в системе оздоровления (реабилитации или лечения) ПЭ на основе предложенных параметров ЗП. Так как в нашем случае рассматривается не ПП и не КП, а ЗП то и должны быть использованы те методы и их результаты, с помощью которых было определено ЗП, а постановка диагноза осуществляться на основании и в соответствии со знанием «идеологии» методов и результатов, которые можно получить этими методами. Гетеротрофный параметр здоровья почвы необходимо интерпретировать не только, как показатель «совпадения» или «отличия» эталонной и исследуемой почв. В результате определения ГПЗП получают количественные значения для двух сравниваемых почв. Предлагается эти количественные значения использовать для диагноза и лечения. Количественный показатель в виде гетеротрофного параметра здоровья исследуемой почвы может количественно совпадать с показателем эталонной почвой, быть ниже или выше. Закономерные вопросы о том насколько «ниже» или «выше» значения показателя исследуемой от значений эталонной почвы, насколько такие различия значимы, также, как и вопросы о «лекарствах», концентрациях лекарств, длительности лечения и др., все это решается только через накопление данных, через создание «банка» данных о ЗП разных экотопов, ПЭ с разной предысторией и конечно зависит от квалификации «врачевателя».

Чтобы иметь диагноз о состоянии активности трансформации (замкнутости / разомкнутости) биофильных элементов в ПЭ нужно провести определение параметра активности МС на обогащение ПЭ биофильными элементами (ПАнБЭ). Этот диагноз поможет получить ответ на важный для пользователя ПЭ вопрос, «не истощена ли» или «не перекормлена ли» ПЭ биогенными легко доступными неорганическими элементами, в виде +NH4 и - NO3, - PO4 и др. Для этого нужно провести определение показателей, получить количественные значения для двух сравниваемых почв и использовать их для диагноза и лечения, по аналоги с подходом с ГПЗП.

ПЭ может иметь проблемы и со здоровьем в виде избыточного, не контролируемого развития каких-то, патогенов, в первую очередь, фитопатогенов (ФП). опять это можно решать с помощью определений ГПЗП и ПАнБЭ. Однако, несомненно то, что для этого нужно быть очень наблюдательным, образованным хозяином - специалистом и глубоко знать предысторию эталонной и исследуемой почвы. Нужно знать, что явление чрезмерного развития ФП не редко возникает или может быть следствием именно нарушением баланса Сорг. или биогенных, легкодоступных неорганических элементов или того и другого. «Лечить» такую почву можно: (а) восстановлением баланса Сорг. или биогенных, легко доступных неорганических элементов или того и другого; (б) соблюдением баланса других (микро)элементов; (в) агротехникой. Необходимо понимать и принимать, что есть и очень тяжелые и даже «неизлечимые» болезни ПЭ и для их лечения остаются методы применения пестицидов и тотальной фумигации.

*****@***ru