Чрезмерное использование агрохимических удобрений разрушает симбиоз между растениями и почвенными микроорганизмами, снижая их разнообразие. Поэтому необходимо найти баланс, чтобы почвенные микробы могли более эффективно обеспечивать естественную защиту и питание сельхозкультур, а заодно сэкономить фермерам деньги.
В последнее время фермеры всего мира сильно обеспокоены растущей стоимостью агрохимических удобрений, на которые они полагаются для выращивания богатых урожаев, и все чаще задаются вопросом - могут ли они сократить использование удобрений сейчас и в будущем, чтобы сэкономить деньги?
«Ответ во многом связан со скрытым миром под нашими ногами, где миллиарды полезных почвенных микробов помогают поддерживать урожайность, устойчивость и здоровье сельскохозяйственных культур и систем земледелия. Как исследователь, работающий над раскрытием скрытых ролей полезных почвенных микроорганизмов и пониманием того, как они повышают урожайность сельскохозяйственных культур и укрепляют устойчивость растений к засухе и вредителям, я знаю, что сокращение использования удобрений — это не плохо. На самом деле, исследования показывают, что использование меньшего количества удобрений может усилить действие этой природной рабочей силы», пишет Эстер Ндуми Нгумби — известная кенийско-американская ученая-энтомолог, исследовательница и доцент Иллинойсского университета в Урбане-Шампейне, в статье журнала The Conversation.
Эстер Нгумби изучает, как растения, насекомые-вредители и микроорганизмы «общаются» между собой с помощью химических сигналов, а также разрабатывает микробные препараты для повышения урожайности и защиты сельскохозяйственных культур без химии.
Почва хранит в себе огромный и необычайно разнообразный скрытый мир, кишащий миллиардами микробов, которые необходимы для поддержания жизни на Земле и для выращивания продуктивных, устойчивых сельскохозяйственных культур. Такие растения, как кукуруза, соя, пшеница и томаты, образуют тесные, взаимовыгодные отношения с этими почвенными микробами. Их партнерство способствует поддержанию как здоровья растений, так и микробных сообществ.
К числу полезных почвенных микроорганизмов относятся арбускулярные микоризные грибы и ризобактерии, способствующие росту растений. Эти почвенные микроорганизмы могут колонизировать корни растений, обитая вокруг корней, на поверхности растений или внутри растительной ткани.
В обмен на убежище, питательные вещества и богатые углеродом сахара, которые растения производят в процессе фотосинтеза, микроорганизмы предоставляют растениям множество преимуществ. Они улучшают здоровье и рост, увеличивают урожайность и улучшают поглощение растениями воды и питательных веществ. Они могут повысить способность растений противостоять патогенам, насекомым- вредителям и болезням, а также выживать в условиях засухи и наводнений.
Исследования показали, что добавление микроорганизмов, таких как арбускулярные микоризные грибы, вблизи корней растений может увеличить биомассу растений почти на 50%. Это включает в себя значительное увеличение поглощения азота примерно на две трети и более чем двукратное увеличение поглощения фосфора — двух важнейших питательных веществ для роста растений.
Одно из исследований показало, что в условиях засухи растения, в корнях которых находились полезные микроорганизмы или которые присутствовали вокруг них, демонстрировали почти на 50% более высокий рост, чем растения без таких микроорганизмов.
«Исследования моей команды показали, что микоризные грибы могут изменять химические вещества, выделяемые растениями, таким образом, что это помогает отпугивать насекомых и привлекать опылителей и естественных врагов насекомых. Такие химические вещества также могут предупреждать соседние растения об опасностях и угрозах», пишет Эстер Нгумби.
Автор имеет в виду серию экспериментов, посвященных изучению летучих органических соединений (ЛОС), которые растения выделяют в воздух. Исследования являются частью фундаментальной работы ее лаборатории (The Ngumbi Lab в Иллинойсском университете) в области химической экологии и трехсторонних взаимодействий («растение — почвенные микробы — насекомые»).
Эксперименты команды Нгумби (в частности, исследования на томатах и кукурузе) доказали, что заселение корней арбускулярными микоризными грибами меняет химический профиль летучих веществ, выделяемых листьями. Грибы перестраивают метаболизм хозяина. В результате растение начинает пахнуть непривлекательно для вредителей (отпугивает их), но выделяет именно те химические маркеры, которые служат сигналом «SOS» для хищных клещей и ос-паразитоидов (естественных врагов насекомых-вредителей), привлекая их для защиты.
Исследования лаборатории также рассматривают, как вызванные микоризой изменения в ЛОС влияют на поведение полезных насекомых. Изменяя состав и интенсивность аромата цветов и листьев, подземные грибы помогают растению становиться более заметным и привлекательным для пчел и других опылителей, что напрямую увеличивает репродуктивный успех культуры.
Эстер Нгумби использует эти данные, чтобы доказать: здоровая микробиота почвы способна заменить химические пестициды, настраивая естественную «сигнализацию» и иммунитет растений.
Почвенные микроорганизмы также связаны со многими аспектами качества и здоровья почвы. Они разлагают органические вещества, участвуют в круговороте питательных веществ, подавляют болезнетворные патогены и обезвреживают загрязняющие вещества.
Синтетические удобрения, безусловно, сыграли важнейшую роль в производстве продуктов питания и волокна, а также в повышении урожайности сельскохозяйственных культур на протяжении многих лет. Однако чрезмерное использование удобрений может незаметно нанести вред полезным почвенным микробным сообществам, а также способствовать загрязнению воды.
Исследования показали, что чрезмерное внесение удобрений может ослабить подземные связи между растениями и микроорганизмами, которые имеют основополагающее значение для усвоения растениями питательных веществ и устойчивости к стрессу. Слишком большое количество азотных удобрений может снизить разнообразие и численность полезных почвенных микроорганизмов.
Во-первых, добавление питательных веществ уменьшает количество углерода, которое растения передают микроорганизмам в подземные слои. Это может привести к исчезновению некоторых видов грибов или способствовать развитию микроорганизмов, которые мало способствуют здоровью растений.
Во-вторых, добавление синтетических удобрений, богатых фосфором или азотом, может нарушить гармоничное взаимодействие между растениями и микробами. Это взаимодействие представляет собой систему обмена, в которой растения обеспечивают микробы сахарами, получаемыми в результате фотосинтеза, а микробы помогают растениям получать ограниченные питательные вещества из почвы. При избытке питательных веществ растения могут отказаться от этого взаимодействия. В конечном итоге, без активного взаимодействия будет расти меньше микробов.
Во-третьих, добавление синтетических удобрений делает почву более кислой, что может подавлять развитие арбускулярных микоризных грибов и мицелия. Исследования показали, что изменение pH почвы в сторону более высокой кислотности может снизить рост некоторых микроорганизмов, подрывая партнерские отношения между растениями и микробами, которые развивались на протяжении миллионов лет.
Влияние удобрений на почву, почвенные микробные сообщества и группы полезных микроорганизмов, таких как микоризные грибы, варьируется и порой бывает непоследовательным. На него могут влиять многие факторы, включая методы ведения сельского хозяйства и сельскохозяйственную практику, например, использование покровных культур или вспашку, а также вид культуры и историю селекции.
«Учитывая высокие цены на удобрения, я считаю, что фермерам, исследователям и другим участникам процесса производства продуктов питания следует использовать этот момент, чтобы переосмыслить подходы к питанию сельскохозяйственных культур и почв. Решение заключается не в отказе от удобрений, а в поиске баланса между использованием удобрений и поддержанием жизнеспособности почв, а также миллиардов микробных сообществ, которые незаметно поддерживают мировое сельское хозяйство. В эпоху экстремальных погодных условий, климатической неопределенности, геополитической напряженности и роста цен на удобрения поддержание здоровья почвы и забота о миллиардах обитающих в ней микроорганизмов являются не только необходимыми, но и экономически стратегическими задачами», заключает Эстер Нгумби.
Источник: The Conversation. Автор: Эстер Ндуми Нгумби.