Здоровая почва – основа нашего благополучия

ПРОБЛЕМЫ ФИТОСАНИТАРИИ
УДК 632.931
Здоровая почва –
основа нашего благополучия
М.С. СОКОЛОВ,
заместитель генерального
директора ООО «Биоформатек»
Ю.Л. ДОРОДНЫХ,
генеральный директор
Российской биотехнологической
корпорации
Состояние основного компонен$
та экосферы – почвы в ряде регио$
нов России оценивается как крити$
ческое. Наибольший ущерб почвам
наносят эрозия, локальное переув$
лажнение, засоление, потеря гуму$
са, захламление отходами произ$
водства и потребления, заселение
токсиногенными фитопатогенами,
загрязнение суперэкотоксиканта$
ми, канцерогенными нефтепродук$
тами, стойкими пестицидами, тех$
ногенными радионуклидами и тя$
желыми металлами (5).
Функции здоровой почвы – про$
дукционные, барьерные, транс$
формационные, антибиотические
и самоочищающие – определяют
качество жизни самого человека,
уровень продуктивности и качество
биопродукции наземных экосис$
тем. Триединая роль почвы в со$
хранении биосферы Земли пре$
допределяет потенциальную про$
дуктивность наземных экосистем,
их экологическую устойчивость,
непрерывное функционирование в
качестве глобального источника и
резервуара биофильных элемен$
тов (3). Здоровье почвы – важней$
ший фактор получения программи$
руемого и экологичного (норма$
тивно чистого) урожая.
В почвенно$географических и
административных регионах РФ
необходимо выделять эталоны*
заказники со здоровой почвой –
базой для многолетних монито$
ринговых исследований состояния
типичных агроэкосистем и агроце$
нозов.
Если экологическая емкость на$
земной экосистемы определяет
меру плодородия почвы (продукци$
онную составляющую наземной
экосистемы), то экологическая ус$
тойчивость – степень здоровья поч$
вы (ее экологическую составляю$
щую). Экологическая емкость
почвы – это способность педоце$
ноза и наземной экосистемы обес$
печивать функционирование неко$
торого количества аборигенных
видов почвообитающих организ$
мов, плотность популяций которых
ограничивается экоресурсами кон$
кретного биотопа. Однако если поч$
ва экологически неустойчива (ин$
фицирована, загрязнена), то ее
экологическая емкость не может
реализоваться в полном объеме.
Экологическая устойчивость
почвы – это ее способность про$
тивостоять деградации, то есть
осуществлять присущие ей продук$
ционные, экологические, ресурс$
ные, самовоспроизводительные
функции и активно противодей$
ствовать негативному влиянию на
педоценоз биотических и/или
абиотических стрессоров. Эта ус$
тойчивость обеспечивается ло$
кальными экоресурсами, сбалан$
сированностью структуры и чис$
ленности биоты педоценоза, его
биотопными характеристиками.
Экологическая устойчивость поч$
вы – это ее способность к самопод$
держанию, саморегулированию и
самоочищению от вредных для
биогеоценоза стрессоров – абио$
тических и биотических (1).
Экологическая устойчивость
почвы реализуется через ее здоро$
вье. Здоровье почвы – это ее спо$
собность неопределенно долго
функционировать в качестве ком$
понента наземной экосистемы,
обеспечивая ее биопродуктив$
ность и поддерживая качество
воды и воздуха, а также здоро$
вье растений, животных и челове$
ка (10).
В отличие от деградированной –
инфицированной (больной, кон$
дуктивной) и (или) загрязненной
почвы, свойственной большинству
«монокультурных» агроценозов и
агроэкосистемам с нарушенными
севооборотами, почва агроцено$
зов апробированных зональных се$
вооборотов, продуктивных луго$
пастбищных и естественных (не$
возделываемых) угодий характе$
ризуется сбалансированным био$
разнообразием, эффективным са$
моочищением от загрязняющих
веществ и супрессивностью в от$
ношении фитопатогенной биоты.
Биотические функции здоровой
почвы реализуются посредством
ее самоочищения от загрязняющих
веществ (биотрансформацией и
(или) разложением органотрофны$
ми микроорганизмами$деструкто$
рами) и подавлением (элиминиро$
ванием) супрессорами$антагонис$
тами фитопатогенной микробиоты,
постоянно инфицирующей почву.
Супрессивность почвы – это по$
казатель почвенного здоровья,
проявляемый в подавлении и /или
элиминировании из почвенной фи$
топатосистемы отдельных видов
фитопатогенов, обусловленный
совокупным действием биологи$
ческих, физико$химических и агро$
химических свойств почвы (7).
Оздоровление больных почв, ре$
ализация комплекса мероприятий
по профилактике их деградации и
почвоутомления – актуальнейшая
общегосударственная проблема,
практически повсеместно заявив$
шая о себе с 1970$х гг. Игнориро$
вание землепользователями необ$
ходимости профилактики и под$
держания здоровья почвы привело
к широкому распространению вы$
соковредоносных почвенных (кор$
неклубневых) болезней различных
сельскохозяйственных культур.
Превалирующими среди них явля$
11
3 Защита и карантин растений № 8, 2009
ПРОБЛЕМЫ ФИТОСАНИТАРИИ
ются корневые гнили. В коротко$
ротационных зерновых севооборо$
тах и при монокультуре их преоб$
ладающие возбудители – Bipolaris
sorokiniana, Ophiobolus graminis,
Rhizoctonia cerealis, Rh. solani,
Pseudocercosporella herpotricho
ides, Fusarium spp. Многолетние
усилия по подавлению корневых
гнилей с помощью современных
системных фунгицидов пока не
увенчались успехом. Из$за гетеро$
генности почвы и отсутствия в пе$
доценозе абсолютного доминиро$
вания фунгициды недостаточно
эффективны и сравнительно быс$
тро (за 2–3 года) индуцируют у па$
тогена фунгицидорезистентность,
для преодоления которой требуют$
ся специальные меры. Из$за поли$
видовой, гетерогенной структуры
возбудителей корневых гнилей и их
факультативного паразитизма се$
лекция устойчивых к ним сортов
зерновых пока затруднена.
Заселение почвы фитопатоген$
ными фузариями приводит к за$
грязнению пораженного растения и
урожая микотоксинами, в числе ко$
торых и канцерогены (фумонизин).
Включившись в пищевые цепи, ток$
сины попадают в организм челове$
ка и сельскохозяйственных живот$
ных. Фитопатогены в кондуктивной
почве (благодаря фунгистазису)
сохраняют свою жизнеспособ$
ность в течение длительного пери$
ода: возбудители корневых гнилей
злаков – 2–3 года, склеротиниоза
подсолнечника – 6–7 лет! Чтобы
успешно противостоять вредонос$
ности корневых гнилей, необходим
системный подход к решению этой
проблемы, включая комплекс при$
емов, основанных на знании меха$
низмов естественной и индуциро$
ванной супрессивности.
Большинству целинных (залеж$
ных) почв и некоторым почвам аг$
роценозов изначально свойственно
эффективно подавлять развитие
почвообитающих фитопатогенов.
Это проявляется в снижении их вре$
доносности, а иногда и в полной ее
12
утрате. Такие почвы именуют суп$
рессивными. Это общая, или есте$
ственная, супрессивность, крайне
редко встречаемая в агроценозах.
Полагают, что запуск главного ме$
ханизма супрессивности почвы
осуществляет ее биотическая ком$
понента. В необрабатываемых поч$
вах антигрибное действие почвен$
ных микробов$антагонистов осно$
вано на природном явлении межви$
довой борьбы, проявляющейся в
конкуренции за компоненты пищи,
антибиозе, паразитизме и сверхпа$
разитизме. Факторами антибиоза
являются феназины и другие анти$
биотики, гидролитические фермен$
ты, циановодород, разнообразные
БАВ (ИУК, цитокинины, закись азо$
та и др.). Антагонистическая микро$
биота (грибная, бактериальная),
развивающаяся при благоприятных
условиях, в естественных педоце$
нозах непрерывно подавляет выжи$
ваемость или сдерживает развитие
фитопатогенных факультативных
микромицетов. Наиболее активно
это происходит в критические для
патогена периоды онтогенеза – в
сапротрофной фазе и при прорас$
тании пропагул гриба. Отмеченные
конкурентные процессы происхо$
дят преимущественно в ризосфере
растений$эдификаторов, продуци$
рующих корневые экссудаты,
объем которых, как минимум, со$
ставляет 10–20 % от общего пула
образуемых растением метаболи$
тов. Особо подчеркнем, что числен$
ность, структура и функции микро$
флоры ризосферы существенно от$
личаются от аналогичных усреднен$
ных показателей пахотного гори$
зонта почв агроценозов.
Оценка степени супрессивности
почв Западной Сибири в отноше$
нии возбудителя обыкновенной
корневой гнили (Bipolaris soroki
niana) с использованием коэффи$
циента паразитической активности
возбудителя (8, 9) показала, что
высокосупрессивные почвы в реги$
оне отсутствуют, к среднесупрес$
сивным авторы отнесли лугово$
черноземные почвы, к кондуктив$
ным – преимущественно чернозе$
мы южный и южный выщелочен$
ный. По данным фактической засе$
ленности почв пропагулами возбу$
дителя гельминтоспориоза состав$
ляются крупномасштабные фито$
патологические почвенные карто$
граммы (ФПК). Они характеризуют
потенциальную вредоносность фи$
топатогена в отношении яровой
пшеницы, выращиваемой на поч$
вах, различающихся по супрессив$
ности и, соответственно, порогу
вредоносности (ПВ = 10–60 кони$
дий/г). С учетом скорректирован$
ного ПВ на основе ФПК землеполь$
зователь принимает обоснованные
решения о проведении или отмене
химических обработок семян и/или
посевов пшеницы и ячменя.
Показано, что под влиянием раз$
личных индукторов супрессивнос$
ти почва способна временно при$
обретать антагонистические свой$
ства в отношении конкретных фи$
топатогенов. При этом в ней актив$
но размножаются аборигенные
микробы$антагонисты – виды три$
ходермы, пенициллы, аспергиллы,
псевдомонады и др. Благодаря
этому на определенное время поч$
ва становится супрессивной после
ее заселения микроорганизмами$
супрессорами, а также вследствие
обработки семян или посевов
микробиопрепаратами. Такое яв$
ление называют индуцированной
(специфической) супрессивнос$
тью. Чаще всего она проявляется в
отношении конкретной пары хозя$
ин–патоген. Индуцирование суп$
рессивности – эффективный агро$
технический прием, сдерживаю$
щий рост площадей почв, инфици$
рованных фитопатогенами.
Индуцированная супрессивность
нейтральных и слабощелочных
почв обеспечивается функциони$
рованием ризобактерий$псевдо$
монад (Pseudomonas fluorescens,
Ps. putida, Ps. cerasi), а также дру$
гих прокариот. Наиболее активные
виды бактерий$супрессоров нахо$
ПРОБЛЕМЫ ФИТОСАНИТАРИИ
дят применение и в качестве про$
дуцентов микробиопрепаратов. На
кислых почвах супрессивность ин$
дуцируют антагонистические ави$
рулентные микромицеты – Tricho
derma sp., Pythium oligandrum и др.
В супрессивной почве под яровой
пшеницей, инфицированной обык$
новенной корневой гнилью, в нача$
ле сезона преобладали антагони$
сты$прокариоты (псевдомонады,
бациллы), в конце – микромицеты
(триходерма, пенициллы) (8, 9).
Здоровье почв агроценозов, их
способность к самоочищению и
супрессивность успешно управля$
ются и поддерживаются преиму$
щественно факторами долгосроч$
ной биоценотической регуляции
(4) и хорошо проверенными эколо$
гичными агротехническими при$
емами. Назовем наиболее важные:
фитосанитарные предшественни$
ки; органические удобрения (на$
воз, компост, соломенная мульча,
стерня, сидераты); минеральные
удобрения (преимущественно
фосфорные и аммонийные (но не
нитратные)) и индукторы устойчи$
вости; сортовая агротехника и мо$
заика устойчивых сортов; адаптив$
ная система обработки почвы; ар$
сенал средств и методов биологи$
ческой защиты растений (микро$
биопрепараты, природные и син$
тетические БАВ). Ученые и специ$
алисты Сибирской школы по защи$
те растений недавно обобщили
многолетний опыт в части, касаю$
щейся применения агротехничес$
ких приемов для индукции супрес$
сивности (применительно к фито$
патосистеме яровая пшеница –
Bipolaris sorokiniana) (6, 8, 9). Рас$
смотрим наиболее убедительные
результаты.
Хорошо известно, что сбаланси*
рованный севооборот – это кар$
динальное решение проблемы оз$
доровления почвы, элиминирова$
ние почвоутомления, подавление
сорняков и вредителей. Напротив,
введение «двух$ и трехполок», а
также насыщение севооборота
зерновыми >60 % – вынужденная,
антиэкологичная мера, погоня за
сиюминутной, мнимой прибылью!
При насыщении агроэкосистемы
зерновыми культурами до 40 % ин$
фекционный потенциал возбудите$
ля B. sorokiniana не превышал ПВ.
Однако радикальное оздоровле$
ние почвы от возбудителей корне$
вых гнилей достижимо при насы$
щенности агроэкосистемы зерно$
выми <25 %.
Фитосанитарные предше*
ственники яровой пшеницы –
один из важнейших факторов поч$
венной супрессивности в отноше$
нии B. sorokiniana. Введение их в
севооборот даже при доле зерно$
вых в 50–60 % способствует суще$
ственному (r = 0,8±0,12) снижению
численности и вредоносности фи$
топатогена. При этом урожайность
возрастала с 16,4 до 25,9 ц/га, а
прибыль – в 2 раза. В условиях За$
падной Сибири лучшие предше$
ственники яровой пшеницы – соя,
пар, горчица, рапс, люцерна, кле$
вер (при летней запашке), неудов$
летворительные – ячмень, зерно$
бобовые, многолетние злаковые
травы, монокультура пшеницы. В
Западной и Восточной Сибири чи$
стый пар снижал инфекционный
потенциал корневой гнили с 90 до
26 конидий/г почвы (ПВ = 20), а
вредоносность возбудителя в от$
ношении пшеницы – вдвое. Пар
эффективен также в отношении
подавления фузариоза колоса,
фитонематод, проволочников, за$
паса семян малолетних и зачатков
многолетних сорняков (8). Практи$
чески повсеместно лучшие сиде$
раты$индукторы супрессивности
(применительно к корневым гни$
лям пшеницы и ячменя) – рапс
(яровой или озимый), другие капу$
стные (редька масличная, горчица
белая) и бобовые культуры (люпин
многоукосный, горох, фацелия), а
также традиционные бобово$зла$
ковые смеси.
Аллелопатические свойства по$
жнивных остатков надземной мас$
сы в отношении целого ряда куль$
тур изучены пока недостаточно.
Заделанную в почву стерню и со$
ломенную мульчу следует рассмат$
ривать не только как индуктор суп$
рессивности, но и в качестве ко$
субстратов микробного разложе$
ния различных органических пол$
лютантов (природных и ксенобио$
тических). Состав и содержание
аллелопатов в растительных остат$
ках злаковых культур определяют$
ся сроками их уборки, условиями
обработки почвы и др. В послеубо$
рочных остатках овса, пшеницы,
сорго, кукурузы содержатся фе$
нолкарбоновые кислоты, подавля$
ющие рост проростков пшеницы. В
то же время образующаяся при
гниении соломы пшеницы феруло$
вая кислота способна ингибиро$
вать (на ~80 %) и прорастание се$
мян сорняков. Солома (10 т/га) с
добавлением 10 кг/га N$стартово$
го как индуктор супрессивности в
отношении возбудителя обыкно$
венной корневой гнили в условиях
выщелоченного чернозема Ново$
сибирской области оказалась эф$
фективным удобрением для яро$
вой пшеницы (8).
Эффективность микробиопрепа$
ратов в подавлении корневых гни$
лей в значительной степени опре$
деляется оптимумом экоресурсов
почвы. Так, активность триходерми$
на максимально реализуется при
рН = 5. На нейтральных и слабоще$
лочных почвах, при дефиците дос$
тупного антагонистам Fe3+, а также
в присутствии тяжелых металлов
или остатков фунгицидов грибные
биопрепараты зачастую неэффек$
тивны. Применение бактериальных
микробиопрепаратов (планриз и
др.) наиболее результативно на
нейтральных почвах с низкой плот$
ностью нативной микрофлоры.
В условиях повсеместного пре$
валирования почвенных инфекций
экономически значимых сельско$
хозяйственных культур, а также
загрязнения почв техногенными
поллютантами состояние здоровья
13
ПРОБЛЕМЫ ФИТОСАНИТАРИИ
почв должно контролироваться в
системе государственного эколо$
гического мониторинга. В настоя$
щее время эта система разрушена,
но должна быть обязательно вос$
становлена. Мониторинг почв дол$
жен базироваться как на современ$
ных инструментальных аналити$
ческих методах и процедурах оцен$
ки функционирования почвенных
микробных сообществ, так и на си$
стемах зональных биологических
индикаторов.
Важнейшая фундаментальная
задача исследования почвенного
здоровья – методологическое обо$
снование и разработка (примени$
тельно к различным регионам и зе$
мельным угодьям) эффективной
системы его диагностики. В прак$
тическом плане важно неукосни$
тельное соблюдение экологичес$
ких императивов$запретов в отно$
шении тех технологических при$
емов, которые индуцируют патоло$
гию и (или) загрязнение почвы. К
конкретным юридическим и физи$
ческим лицам, виновным в загряз$
нении почвы, должны неукосни$
тельно применяться строжайшие
санкции. Радикальное повышение
культуры землепользования и зем$
леделия должно стать повсемест$
ной нормой. Наконец, в региональ$
ном плане важна разработка ло$
кальных систем оздоровления де$
градированных почв в рамках под$
готовленной по инициативе Рос$
сийской биотехнологической кор$
порации целевой комплексной
программы «Радикальное улучше$
ние качества почв России» (5).
Наш соотечественник, всемирно
известный биосферолог и почво$
вед В.А. Ковда (2) еще два десяти$
летия назад с тревогой отмечал:
«Патология почв, их деградация,
физическое разрушение почвенно$
го покрова – это патологическое
поведение человека и самоубий$
ство человечества. Эти явления
должны быть исключены в окружа$
ющей человека среде с помощью
современной развитой науки, ра$
14
зумной техники, сознательной дис$
циплины и максимальной биологи$
зации всех ландшафтов планеты».
Нельзя забывать это серьезней$
шее предупреждение. Вышерас$
смотренные примеры, а также ин$
новационные фундаментально$
прикладные исследования и прак$
тические мероприятия, предус$
мотренные программой оздоров$
ления почв, – это реальный, весо$
мый вклад как в их спасение, так и
в устойчивое развитие экономики
России.
Если наша земля – уникальней$
шая из планет Вселенной, то поч$
ва – это нерукотворное чудо, наша
вечная и самая главная природная
кормилица. Именно поэтому в на$
стоящем и обозримом будущем
здоровая почва – залог здоровья и
благополучия российского народа!
ЛИТЕРАТУРА
1. Добровольский Г.В., Никитин Е.Д. Экология почв. – М.: Изд$во МГУ, 2006, 315 с.
2. Ковда В.А. Патология почв и охрана биосферы планеты./ Сб. научных трудов
«Пространственно$временная организация и функционирование почв», Пущино, 1990,
с. 8–43
3. Кудеяров В.Н.. Заварзин Г.А., Благодатский С.А. и др. Пулы и потоки углерода в
наземных экосистемах России. – М.: Наука, 2007, 315 с.
4. Соколов М.С., Терехов В.И. Современная концепция биологической защиты
растений // Агрохимия, 1995, № 4, с. 41–49.
5. Соколов М.С., Марченко А.И., Санин С.С., Торопова Е.Ю., Чулкина В.А., Заха
ров А.Ф. Здоровье почвы агроценозов как атрибут ее качества и устойчивости к
биотическим и абиотическим стрессорам // Известия ТСХА. вып. 1, 2009, с. 13–22.
6. Торопова Е.Ю. Экологические основы защиты растений от болезней в Сибири. –
Новосибирск, Новосибирский ГАУ, 2005, 370 с.
7. Филипчук О.Д., Соколов М.С., Павлова Т.В. Использование супрессивности почвы
в защите растений от корневых инфекций // Агрохимия, 1997, №8, с. 81–92.
8. Чулкина В.А., Торопова Е.Ю., Стецов Г.Я. Экологические основы интегрированной
защиты растений. – М.: Колос, 2007, 568 с.
9. Чулкина В.А., Торопова Е.Ю., Стецов Г.Я. Интегрированная защита растений:
фитосанитарные системы и технологии. – М.: Колос, 2009, 670 с.
10. Doran J.W., Sarrantonio M., Liebig M.A. Soil health and sustainability // Advances in
Agronomy, 1996, v. 56, p. 1–54.
Аннотация. Обсуждается важнейшая характеристика почвы агроценозов – ее
здоровье, которое определяет, наряду с плодородием, величину и качество урожая.
Здоровая почва – нормативно чистая почва, не содержащая техногенные
радионуклиды, ксенобиотические и природные поллютанты, а также вредные
биоагенты сверх допустимых нормативов. Здоровье почвы агроценозов достигается
за счет ее самоочищающей способности и супрессивности; оно управляется и
поддерживается факторами долгосрочной биоценотической регуляции и
экологичными агротехническими приемами, такими как: фитосанитарные
предшественники, сбалансированное удобрение, сортовая агротехника и мозаика
устойчивых сортов, адаптивная система обработки почвы, арсенал средств и методов
биологической защиты растений и другими.
Ключевые слова. Здоровье почвы, поллютант, фитопатоген, супрессивность,
самоочищение.
Abstract. The major characteristic of soil agrocenosis – its health which defines size and
quality of a crop alongside with fertility is discussed. Healthy soil is clean soil which does not
containing technogenic radionuclids, xenobiotic, natural pollutants and harmful bioagents
in quantities above the permissible level. Health of soil agrocenosis is provided by means of
their self$clearing ability and supressivity, controlled and supported by factors of long$term
biocenotic regulation and ecologically$sound agrotechnical methods, such as: use the
phytosanitary predecessors, balanced fertilizers, crop$breeding techniques and a mosaic
of steady sorts, adaptive system of soil treatment, an arsenal of biological plants protection
methods, etc.
Keywords. Health soil, pollutant, phytopathogen, supressivity, self$decontamination.