Для восстановления почвы накормите микробов

Наши почвы в беде. За прошедшее столетие мы злоупотребляли ими, мучили их вспашкой, обработкой и большим количеством удобрений.

То, что многие считают «просто грязью», на самом деле представляет собой невероятно сложную смесь породообразующих минералов, органического вещества растительного происхождения, растворенных питательных веществ, газов и богатой пищевой сети взаимодействующих организмов.

Вспахивая почву, мы увеличили эрозию на сельскохозяйственных полях в 10-100 раз.За последние несколько десятилетий мы, возможно, потеряли около половины верхнего слоя почвы, который в течение тысяч лет естественным образом создавался в кукурузном поясе США.

Верхний слой почвы богат органическим веществом - темным губчатым материалом, образованным из разложившихся растительных и животных остатков. Почвенное органическое вещество имеет важнейшее значение: оно помогает почвам удерживать воду и питательные вещества и поддерживает почвенные микробы, которые перерабатывают питательные вещества. Потеря органического вещества почвы сделала многие предприятия все более зависимыми от удобрений, пестицидов и гербицидов.

Многие недавние исследования сосредоточились на добавлении органического материала в почвы для их восстановления. Это важная стратегия, но я считаю, что мы также должны стремиться к усилению микробов, ответственных за почвообразование. Я был частью исследовательской группы, которая продемонстрировала в исследовании 2015 года, что добавление эффективных микробов в почву может увеличить количество углерода растений, который превращается в плодородную почву. Новые исследования показывают, что благодаря созданию эффективной и активной почвенной микробиоты мы можем ускорить восстановление почвы далеко за пределы показателей, наблюдаемых в естественной природе.

«Микробы выполняют критически важные функции в почвенных пищевых цепочках, таких как разложение органических материалов, переработка питательных веществ и улучшение структуры почвы». Министерство сельского хозяйства США, служба охраны национальных заповедников.

Селам нужна здоровая почва.

Естественные почвы процветают и живут полной жизнью. Они содержат невероятное разнообразие микроскопических бактерий, грибов, вирусов и других организмов. Одна горстка почвы может содержать десятки тысяч разных видов.

Эти микробы тесно взаимодействуют друг с другом, образуя сложные сети. Они взаимодействуют химическими сигналами. Они работают вместе, чтобы разрушить сложные органические материалы, в том числе мертвые растения и животных. Они часто работают в командах, чтобы завершить биохимические процессы, такие как превращение азота из инертного газа в пригодные для растений формы и рециркуляцию его из мертвых растительных материалов обратно в растворенные формы.

В здоровых почвах органическое вещество защищено от разложения внутри комков почвы, называемых агрегатами. Но механическая обработка разрушает эти агрегаты, высвобождает углерод и позволяет микробам и фауне почвы атаковать его.

Это создает временный пир для почвенных микробов, но в конечном итоге они истощают свои запасы пищи и отмирают. Без здорового сообщества микробов питательные вещества и органика больше не перерабатывается, появляются вредители, и аграрии все больше полагаются на химические вещества в качестве замены биологических функций почвы.

Возрождение сельскохозяйственных почв

Деградация почв является важной проблемой, поскольку она угрожает нашей способности производить достаточное количество здоровой пищи для растущего населения и способствует изменению климата. В ответ на это, в США, крупные компании, некоммерческие организации, ученые и правительственные учреждения работают вместе над восстановлением здоровья почвы.

Первый шаг к улучшению здоровья почвы - прекращение деградации. 

Вместо того, чтобы ничего не выращивать на полях между культурами, что приводит к эрозии и деградации почвы, фермеры все чаще сеют покровные культуры,такие как рожь, овес и люцерна. Они также заменяют интенсивную механическую обработку практиками без обработки для предотвращения разрушения структуры почвы.

Почвенное органическое вещество содержит более 50% углерода. В глобальном масштабе почвы содержат больше углерода, чем растения, и атмосфера вместе. Потеря углеродсодержащего органического вещества из почв выделяет углекислый газ, парниковый газ, который ускоряет потепление климата. Но, восстанавливая наши почвы, мы можем связывать больше углерода в почве и замедлить потепление климата.

Защищая поверхность почвы, покровные культуры используют углерод из атмосферы по мере их роста и направляют его в почву. В отличие от коммерческих культур, которые собираются и удаляются из почвы, покровные культуры оставляют разлагаться и вносить вклад в почвообразование.

Таким образом, накопление растительных остатков является важным первым шагом в восстановлении почвенного углерода. Но новые исследования показывают, что этого также может быть недостаточно.

Новая парадигма почвообразования

Раньше мы думали, что органическое вещество почвы образовалось из оставшихся кусочков растений, которые тяжело разлагались. Долгое время мы думали, что эти растительные частицы химически превращались в так называемый гумус– темный, долговечный материал, оставшийся после смерти мертвых растений и животных.

Эта точка зрения предполагала, что ключом к восстановлению почв является наполнение земли большим количеством отмершего растительного материала.

Однако в последнее время технологические достижения изменили наше понимание почвообразования. В настоящее время имеются убедительные доказательства того, что наиболее стойкие формы почвенного углерода образуются в основном из мертвых микробов,а не из оставшихся частей растений.

Подавляющее большинство старого почвенного углерода, по-видимому, подверглось микробному разложению. В то время как растения являются новым источником углерода для почв, микробы перерабатывают его, используя его в качестве продовольствия, тем самым обеспечивая накопление углерода в почве.

Питая микробов мы питаем почву!

Микробы могут перерабатывать простые соединения, такие как сахар, и превращать их в тысячи сложных молекул, встречающихся в почвах. Когда микробы разрушают растительное вещество, они используют часть этого материала, который они потребляют для строительства новой биомассы, то есть для того, чтобы подпитывать собственный рост, а остальное выдыхают в виде двуокиси углерода CO2. Эффективность, с которой они создают новую биомассу, сильно различается. Некоторые микробы подобны сорнякам: они быстро растут в среде, богатой пищевыми продуктами, но они также весьма неряшливые "едоки" и теряют большую часть того, что потребляют. Другие медленно растут, но выносливы, мало теряют и способны выжить во времена голода или стресса.

Чтобы максимизировать долю растительного углерода, который превращается в органическое вещество почвы, мы должны стремиться поддерживать и усиливать микроорганизмы почвы, которые быстро и эффективно превращают мертвые растительные материалы в органические вещества почвы.

Здоровые почвы также должны содержать микробиомы, которые помогают растениям предотвратить болезни, способствуют усвоению питательных веществ и помогают снизить стресс.

Моя исследовательская группа сейчас занимается изучением групп микробов, которые особенно эффективны при формировании новых почв и рециркуляции питательных веществ. Мы также изучаем, какие характеристики культур способствуют развитию микробов, которые улучшают здоровье почв. Оздоровление почв позволит выращивать больше продукции при меньшем количестве ресурсов, что сделает фермерство более прибыльным и защитит наш воздух и воду.

MatthewWallenstein.Професор и директор Инновационного центра устойчивого сельского хозяйства, Университет штата Колорадо