Система адаптивного биологизированного земледелия – необходимая основа для современного высокорентабельного растениеводства

: Категория: Наука

Биометод

О том, как биологизированое земледелие обеспечивает устойчивое и прибыльное развитие аграрных хозяйств, об особенностях и эффективности новых агроприемов с применением современной линейки биопрепаратов и препаратов для коррекции физиологических процессов в растении рассказывает директор НПО «Биоцентр», руководитель аграрного комитета Национальной технологической палаты, член-корреспондент Российской академии естественных наук. Александр Харченко.

О необходимости смены и преемственности моделей аграрного производства

Система адаптивного биологизированного земледелия (АБЗ) впервые была заявлена на I Агротехнологическом форуме Юга России в марте 2017 года, когда были изложены основные контуры системы, которая разрабатывалась инициативной группой ученых и практиков России и ближнего зарубежья с 2005 года. В нее вошли знания и практики из предшественницы – системы интенсивного земледелия (система Н. Борлоуга – отца «зеленой революции» конца 50-х - начала 60-х гг.), знания по общей биологии и почвоведению начиная с 70-х годов, в том числе экологические работы Юджина Одума и связанные с ними работы по биоценологии, и пр.

Немного предыстории. Сельское хозяйство как система очень консервативна. В ХХ веке было всего 2 смены парадигмы растениеводства:

1. В начале века существовала достаточно архаичная система, которая кормила менее 2 млрд человек – население Земли на тот момент. Основные моменты: архаичная селекция, простые методы обработки почвы на основе ручного труда и с применением сельскохозяйственных животных, севооборот, органические удобрения, по минимуму применение минеральных удобрений, которые были известны, но время их еще не наступило.

Эти архаичные методы в настоящее время продвигает органическое сельское хозяйство, которое просто имеет место быть. Оно производит сейчас примерно 1 % общей продукции сельского хозяйства и имеет поддержку в ряде стран. Однако международная организация ФАО ООН в 2009 году признала неперспективным это направление с точки зрения способности решить вопрос, как накормить современное человечество, и прекратило его системную поддержку.

2. После 1-й Мировой войны началось формирование следующей модели, которая в СССР имела название – агробиология (агробиологическое направление развития сельского хозяйства). Здесь шло массовое внедрение техники для обработки полей и уборки урожая. Стали внедрять новые сельскохозяйственные культуры и масштабирование площади их посевов. В СССР это подсолнечник, кукуруза, озимая пшеница, хлопок и пр. Шло усложнение севооборотов, началось применение химических средств растений, многие из которых изготавливались в процессе переработки химического оружия, накопленного во время войны, и часто на тех же предприятиях. Внедрялись система выращивания сидератов и травопольная система Вильямса, которая поддерживала структуру почвы, необходимую для роста урожайности.

В СССР внедрение этой системы шло при активном участии государства. Она обеспечила рост урожайности зерновых в 3 раза с 20-х годов до 1964-го.

Население планеты увеличилось за этот период с 1,8 млрд до 3 млрд человек;

3. В конце 50-х группа талантливых агрономов из Фонда Рокфеллера, работавшая в Мексике под руководством Н. Борлоуга, предложила новую модель растениеводства. Этому предшествовали агротехнологическая и селекционная работа, а также расчеты по росту народонаселения Земли по сравнению с ростом урожайности сельскохозяйственных культур. Эти расчеты прогнозировали голод в развивающихся странах на всех континентах в недалеком будущем. «Зеленая революция» – так была названа новая система – была призвана в скорейшем времени решить проблему
голода.

«Манифест «зеленой революции» провозгласил 3 основных лозунга:

1. Высокопродуктивный сорт или гибрид.

2. Применение больших доз минеральных удобрений и агрохимикатов.

3. Полив.

Позже появится и четвертый лозунг, о котором будет сказано ниже.

Главная идея, которую Норман Борлоуг провозгласил в своей нобелевской речи: «Зеленая революция» была временным успехом в борьбе против голода и лишений, она дала людям передышку».

Однако «зеленые революционеры» во главе со своим вождем, вместо того чтобы воспользоваться этой полученной передышкой и идти вперед – находить пути долгосрочного, безопасного и эффективного земледелия, пошли по пути разрушения и тотального мирового распространения этого разрушительного «развития».

Результатом победного шествия «зеленой революции» по планете стали всеобщая деградация почв – сначала слабых и средних, а затем хороших (и даже лучших) и загрязнение биосферы пестицидами. Еще один итог – рабская зависимость в настоящем от гибридных семян, агро- и ядохимикатов, а в будущем – от ГМО-культур как единственной модели развития сельского хозяйства, гарантирующей продовольственное изобилие.

Именно этот четвертый лозунг к трем существующим добавил вождь «зеленой революции» летом 2001 года в Лондоне на международной конференции «Семена возможностей: перспективы сельскохозяйственной биотехнологии».

Как бы то ни было, на настоящий момент население Земли по состоянию на июнь 2025 года составляет 8,23 млрд человек. И основная часть населения имеет для питания продукты, выращенные по этой технологии.

Об агробизнесе и искусственной рентабельности

В работе о необходимости изменения агротехнологического уклада в сельском хозяйстве делается акцент на экономический и экологический аспекты.

Относительно экономики. В современном мире сформировалось явление, которое американский экономист Уильям Ф. Энгдаль в своей книге «Семена разрушения: скрытые цели генетических манипуляций» («Seeds of Destruction: Hidden Agenda of Genetic Manipulation») назвал «международный агробизнес». Для него характерно явление, которое называется «диспаритетный рост цен», когда скорость роста цен на семена, минеральные удобрения, химические средства для защиты растений превышает скорость роста цен на продукцию растениеводства. Экономически развитые страны мира решают этот вопрос через большие вливания финансовых средств в экономику гектара, в результате чего получается искусственная рентабельность, и продукция этих стран имеет лучшие конкурентные возможности на рынке, что тормозит развитие сельского хозяйства развивающихся стран.

Относительно экологии. Химическая нагрузка на почвы, упрощенные севообороты, которые более правильно называть коммерческим плодосменом, практически отсутствие применения органических удобрений привели к тому, что именно состояние природной среды остановило рост урожайности большинства полевых культур, хотя селекционеры каждый год предлагают все более продуктивные сорта и гибриды. На деградированных почвах отсутствует возможность раскрытия генетического потенциала растений и очень велика вероятность потери урожая при природных погодных аномалиях.

Деградировавшие почвы в ходе «зеленой революции»

Так или иначе, в СССР система «зеленой революции» была внедрена политическим решением в 1964 году, и под названием системы интенсивного сельского хозяйства она примерно в 2 раза увеличила урожайность сельскохозяйственных культур.

Бесплатный ресурс повышения урожайности, или Шаг в будущее сельского хозяйства и новой парадигме земледелия

Мы рассматриваем систему адаптивного биологизированного земледелия как новую модель, которая обеспечит поступательное движение в деле обеспечения продовольствием населения планеты. Эта система решает проблемы экономики производства, восстановления почв и обеспечивает дальнейший рост урожайности сельскохозяйственных культур как сильной, так и слабой селекции. Стратегически, чтобы сделать два шага вперед, пришлось сделать шаг назад, в агробиологическую модель развития сельского хозяйства, и вернуть утраченные продуктивные идеи той системы в современную агротехнологическую практику. Эта модель испытывалась в различных агроклиматических зонах России: от енисейской Сибири до Крыма. Потенциал роста урожайности зерновых колосовых – 2,5 раза (на настоящий момент) за 3 - 4 года при низкой себестоимости.

Основные постулаты новой системы:

1. Грамотная защита растений (химия плюс биология).

2. Восстановление плодородия через работу с пожнивными остатками.

3. Дробные некорневые подкормки минеральными удобрениями по фазам развития и закладки элементов урожайности.

4. Элементы сберегающего земледелия: мини-тилл, стрип-тилл и ноу-тилл.

В отличие от системы органического сельского хозяйства в системе адаптивного биологизированного земледелия имеет место совместное применение и химии, и биологии. Поскольку речь идет о работе на деградированных почвах, особое внимание уделяется восстановлению природного плодородия почв и процессов естественного почвообразования. Разработана система биологической мелиорации почв. Совместно со ВНИИ фитопатологии разработана так называемая стратегия коррекции (исправления) микробных ценозов: химзащита – подавление патогенов в критические моменты развития растений (на урожай 1 года, на 1 сезон…).

Долгосрочная стратегия:

замещение патогенов микробами-антагонистами после химобработок;
биопрепаратная обработка семян;
биопрепаратная обработка растительных остатков.

Восстановление природного плодородия почв при проведении биологической мелиорации запускает так называемый бесплатный природный ресурс повышения урожайности: повышается эффективность использования минеральных удобрений, снижаются затраты на защиту растений, что приводит к значительному снижению себестоимости продукции растениеводства, что невозможно в системе интенсивного земледелия, в котором получение высоких урожаев в основном определяет платный ресурс.

Нельзя сказать, что биологизация – феномен исключительно новой системы земледелия. В 80-х годах ХХ века стал развиваться так называемый биометод, задачей которого было уменьшение использования химических препаратов в сельском хозяйстве. Однако его ресурс оказался очень слабым ввиду отсутствия микробных препаратов нового поколения.

Микробные препараты биометода – моноштаммовые (один препарат – один микроб), они не способны преодолевать конкуренцию с природными микробными системами и не могут приживаться в почве. Это одноразовые препараты.

Система биоконтроля строится на использовании сложных (многоштаммовых) микробных препаратов, которые обладают способностью приживаться в почве, а также на поверхности растений и корневой системе.

Автор первого массово применяемого сложного микробного препарата – ученый Теруо Хига из Японии, который в 1982 году создал препарат для разуплотнения почвы на основе консорциума 8 полезных микроорганизмов, и на его основе была построена известная в мире ЭМ-технология.

О сложных многовидовых микробных препаратах

Термин «консорциум» используется для описания различных коопераций микроорганизмов. В примечании к правилу 31 в «Международном кодексе номенклатуры бактерий» (1978) говорится: «Консорциум —это совокупность или ассоциация двух или более организмов. Синтрофизм — особый случай симбиотической кооперации между метаболически разными типами бактерий, которые зависят друг от друга при разрушении субстратов».

Синтрофизм — особый случай симбиотической кооперации между метаболически разными типами бактерий, которые зависят друг от друга при разрушении субстратов. Используется эффект «один за всех, все за одного». Использование синтрофных микробных ассоциаций открыло совершенно новые возможности для повышения урожайности сельскохозяйственных культур, а также для восстановления почв. Массовая деградация почв во всех регионах мира вызывает серьезные опасения по поводу возможного повторения голода в мировом масштабе. Индийский духовный лидер Садхгуру снял получасовой фильм, в котором проводится идея, что через 30 лет «сила земли» (комплексное понятие) упадет настолько, что 1,5 млрд населения (из существующего) накормить будет уже невозможно, а остальная часть будет серьезно недоедать.

Препарат Теруо Хига был использован в масштабе всего сельского хозяйства в Северной Корее для ликвидации голода 1995 - 2000 годов, когда ввиду ряда причин: прекращение поставок дешевых минеральных удобрений из СССР, климатические бедствия - и иных произошло двукратное снижение урожайности сельскохозяйственных культур. С помощью метода и препарата Теруо Хига прежнюю урожайность удалось восстановить, и этот метод до сих пор используется северокорейцами в государственном масштабе. Своего аналога микробного препарата корейцам не удалось создать.

Подробно вся эта история описана в книге Теруо Хига «Возвращенное будущее».

Нам удалось в начале нулевых годов ХХI века создать российскую синтрофную микробную ассоциацию из 36 микробов, на основе которой изготавливается несколько коммерческих синтрофных микробных препаратов с уменьшенным количеством штаммов, но более выраженной функциональностью. Идеи и производство этих препаратов непонятны для сельскохозяйственных микробиологов – его создавали медицинские микробиологи, технологические возможности и уровень знаний которых недоступен первым.

Одна из наших синтрофных ассоциаций показана в таблице 1.

Восстановление почвы, ее физического состояния и природного плодородия стало серьезным направлением в системе адаптивного биологизированного земледелия, когда растительные остатки основной культуры после уборки, а также масса сидератов обрабатываются микробами в момент заделки в почву и превращаются в микробный компост, восстанавливающий почву.

Три года назад за эту технологию были получены диплом 1 степени и высшая награда Российской академии естественных наук.

Цена обработки гектара – 7 - 10 долларов.

Основные вопросы:

Повышение азотофиксирующей способности почвы
Повышение влагоемкости почвы
Способы восстановления структуры почвы
Способы управления стратегиями взаимодействия растений и микроорганизмов

Об азотфиксации. Есть три уровня восстановления. Можно создать уровень повышенного обеспечения биологическим азотом – 50 - 150 д. в. кг плюсом к азоту минеральных удобрений, вносимых в почву, для смешанной модели.

При работе азотом только в виде некорневых обработок растений в концентрациях согласно Ожоговой шкале можно иметь 250 кг д. в. биологического азота, поскольку не используются азотные удобрения для внесения в почву, а именно они блокируют активность природных азотфиксаторов. При использовании азотных удобрений только по листу открывается возможность восстановления природных процессов, определяющих почвенное плодородие.

Если выйти на уровень управления стратегиями взаимодействия растений и микроорганизмов, то можно получать 50 000 кг д. в. (согласно исследованиям Института биохимии и физиологии растений и микроорганизмов РАН в 80-е годы ХХ столетия), и в этом случае можно вообще отказаться от применения синтетических минеральных азотных удобрений.

По влагоемкости почв. Практика показала трехкратное увеличение влагоемкости почвы за три года при трехкратном применении деструктора на пожнивных остатках за счет восстановления структуры почвы (пористости, механической структуры и пр.).

По восстановлению структуры почвы. При восстановлении структуры почвы влага накапливается в метровом слое и доступна для растений в засушливый сезон. При механической обработке почвы мы имеем 25 - 30 процентов экономии горючего.

По управлению стратегиями взаимодействия растений и микроорганизмов. Обычно работа идет в двух направлениях. Первое: в процессе подготовки семян к посеву вместе с химическим протравителем наносятся микробные культуры, которые занимаются фиксацией азота. Причем для бобовых это одни культуры, для злаков – другие. Для деревьев и кустарников есть свои ассоциации. К практике инокулирования семян добавляется агроприем, который усиливает как фотосинтез, так и отток продуктов фотосинтеза в корневую систему и их выделение в виде муцигелей для поддержания активности микробных колоний.

Второе: кроме специализированных бактерий-азотфиксаторов в почвенном сообществе до 90 процентов микроорганизмов могут фиксировать атмосферный азот, но обычно они этого не делают. За счет повышения биологической активности почвы мы можем создать/восстановить природную почвенную синтрофную микробную ассоциацию и заставить микробов изменить стратегию, когда из пассивного потребителя минерального азота удобрений, они перейдут к активному поглощению азота из воздуха и обмену им с растениями на углеводы. В системе адаптивного биологизированного земледелия применяется ряд агроприемов, основанных на применении препаратов, усиливающих фотосинтез за счет расширения листовой пластинки, расширения сосудов, через которые идет отток сахаров, через блокирование фермента, расщепляющего сахарозу на простые сахара с пониженной растворимостью, и пр. Также впервые был создан и внедрен в практику промышленный препарат, меняющий редокс-потенциал (это физика) растворов для некорневой подкормки, что кратно ускоряет скорость физиологических процессов в растении, а также стимулирует фотосинтез.

О некорневых подкормках

Несколько слов про некорневые подкормки. В современной агротехнологической модели внесение больших доз минеральных удобрений в почву –
едва ли не единственный «законный» способ управления питанием растений. Но есть два «но». Первое – это низкая эффективность применения минеральных удобрений таким образом.

Применение удобрений, неправильное или избыточное применение удобрений

Продовольственные системы – 19-29% эмиссии СО² (в основном за счет производства ресурсов для с.х.).
Эффективность использовании азотных удобрений – 33% (в 2005 г. только 17% азотных удобрений было усвоено растениями).
Ежегодно теряется (от неправильного использования) около 15 млн т удобрений.
Экологические последствия избыточного использования удобрений.
Последствия для здоровья людей.

(данные ФАО)

Второе «но» заключается в том, что нет жесткой прямой зависимости величины урожайности от количества вносимых в почву минеральных удобрений.

Это иллюстрирует таблица из презентации, представленной на конференции во Всероссийском научно-исследовательском институте агрохимии имени Д. Н. Прянишникова.

С учетом этих обстоятельств на фоне диспаритетного роста цен на удобрения и сельхозпродукцию, когда удорожание удобрений начинает «съедать» прибыль агрария, стало необходимым провести поиск способов, оптимизирующих выращивание растений.

Модель некорневого питания основывается на следующем положении. Царство растений формировалось в водной среде, и усвоение питательных веществ производилось всей поверхностью растения, а корни выполняли якорную функцию, прикрепляя растение ко дну водоема.

С выходом на сушу в процессе эволюции растение, не утратив способности питаться через лист, развило способность питаться через корневую систему, также вступив в систему симбиоза с микроорганизмами почвы. Мы используем знания по этому симбиозу и создали ряд препаратов, которые способствуют увеличению урожайности. Эти препараты делятся на живые и неживые. Агростимулин (препарат Фанни Юрьевны Гельцер, созданный еще в 1946 году) в дозе 1 мл на тонну семян пшеницы вызывает рост корней и стимулирует кущение. Также он стимулирует развитие азотфиксаторов и фосформобилизующих организмов в ризосфере растения и через экспрессию генов увеличивает озерненность колоса.

Нужно было решить ряд задач: обеспечить растения необходимым количеством минерального питания путем листовых подкормок, а также сделать этот процесс технологичным. В России революция в системе некорневых подкормок наметилась в начале нулевых, когда в достаточном количестве появились прицепные, а потом и самоходные полевые опрыскиватели.
Оказалось, что можно кормить растения понемногу по листу, как бы чайной ложечкой по фазам развития растения – по фазам закладки элементов урожайности. Здесь пригодились наработки Фанни Михайловны Куперман — советского учёного-биолога, доктора биологических наук, профессора МГУ, специалиста в области физиологии растений в 50 - 70-х годах ХХ века. Она занималась органогенезом и определила «точки входа» для некорневых подкормок, сделав возможным управление продукционным процессом растения в полеводстве, максимально приблизив его к овощеводству.

В системе некорневых подкормок нас интересует не количество минеральных солей в почве, а их количество в растении в определенные периода роста растения (табл. 2).

Создание системы эффективного некорневого питания решило множество экономических и экологических проблем в растениеводстве и открыло возможность значительного роста урожайности сельскохозяйственных культур.

В системе адаптивного биологизированного земледелия вместе с элементами минерального питания в листовых обработках в баковой смеси используются биологические препараты, химические пестициды, стимуляторы роста, аминокислотные препараты и пр. Мы знаем, что и как вместе смешивать и когда использовать.

В любом случае отдельные элементы используются в различных системах выращивания растений, в том числе достаточно архаичных. Но в системе адаптивного биологизированного земледелия все приведено в систему, а увеличение урожайности относительно системы Н. Борлоуга в настоящее время оценивается в 2,5 раза с возможностью дальнейшего роста. В системе АБЗ решена проблема восстановления почвы и предполагается избежать возможного витка голода через 30 лет, если она будет массово внедрена.

Совершенно очевидна необходимость смены агротехнологического уклада и существующей парадигмы земледелия.

Под парадигмой понимается совокупность идей и взглядов, которые определяют, как понимать мир и исследовать его в определённой области знаний. Простыми словами, это «очки», через которые человек смотрит на мир.

Сейчас главным тормозящим фактором для смены парадигмы является система идей и взглядов, которые в свое время двигали сельское хозяйство, но к настоящему времени явно устарели. Несмотря на большое количество ученых-аграрников – приверженцев устаревших взглядов на развитие сельского хозяйства, она продолжает штамповать труды и рекомендации по привычным схемам.

Таблица 1. Одна из наших сложных микробных заквасок

Видовой состав микробиологического препарата для биологической санации

t 1 1