Вы не можете удалить все на поле и оставить лишь культуру – думайте о поле как об экосистеме

В принципе все, чего мы пытаемся добиться на наших полях, – это увеличить объемы полезных микроорганизмов, получить немного больше, чем мы вкладываем. Точнее, хотим мы намного больше, но, к сожалению, этого нельзя достичь. Ведь культуры, которые мы выращиваем, являются лишь видоизмененными формами диких растений, прошедшими через селекционный процесс в течение длительного времени, чтобы они лучше отвечали нашим потребностям, чем их дикие сородичи. Культуры обладают такими свойствами как больший размер семян, что позволяет облегчить их уборку и переработку, семена имеют меньший период покоя, растение более отзывчиво к удобрениям и прочее. Но на пути повышения эффективности культуры ее генетика является лишь одним элементом загадки.

Думайте о ваших полях как об экосистемах: вы не можете удалить все и оставить лишь выращиваемую культуру. Природу нелегко обмануть. Природа самовосстанавливается – ее нельзя контролировать без применения экстремальных мер.

В качестве примера приведем занавеску для ванны или кафель: вне зависимости от того, как тщательно вы их моете, плесень и клейкие вещества через несколько недель появляются снова.

Или больницы. Вы думаете, там все чисто и стерильно? Однако огромное количество вредных инфекций и болезней переносится после пребывания в стационаре и прохождения медицинских процедур, несмотря на прогресс в современной медицине. Так что нельзя надеяться на эффект полного уничтожения вредителей при выращивании культур на большом открытом пространстве, для этого нужна целостная технология, которая потребует огромных затрат.

Вместо того чтобы концентрироваться на уничтожении популяций вредных насекомых, мы должны избегать конфронтации или бороться с ними каким-либо другим способом. Применение «грубой силы» обычно не способствует эффективному управлению микроорганизмами: технология дорогостоящая, мероприятия, направленные на достижение цели, оказываются неэффективными, а побочные эффекты – неприятными и непредвиденными. Поэтому мы должны найти способы управления системой, чтобы достичь того, чего мы желаем. Нужно найти те места, где мы могли бы, оказав небольшое давление, произвести большие перемены в сообществе микроорганизмами, перемены в нашу пользу. Дайте мне рычаг и опору, и я переверну мир или хотя бы чуть-чуть сдвину. В действительности мы хотим лишь наблюдать (с незначительным вмешательством) за хорошей системой, которая будет эффективно действовать сама по себе в течение ряда лет.

 

Использование полезных микроорганизмов

Мы знаем некоторые общие правила, которые поддерживают всю систему в равновесии. Теперь необходимо досконально изучить множество практических деталей: влияние некоторых факторов часто проявляется только в данной местности или при определенных обстоятельствах. Не все это можно предсказать (по крайней мере, с помощью знаний, известных на данный момент). Использование микроорганизмов дает выход из этой ситуации, хотя темпы их деятельности еще слишком медленные для нас.

Один из наиболее очевидных способов управления почвенной биотой – это использование полезных микроорганизмов для контроля микроорганизмов вредных. Способствуйте нормальному росту ваших союзников – пусть они ведут войну вместо вас. О значении полезных микроорганизмов говорят годами, в том числе и о том, что некоторые фермеры приобретают и выпускают их на поля с учетом их дальнейшего размножения, то есть осуществляют биоконтроль. Но нужно ли их приобретать и выпускать? Почему бы не создать ситуацию, когда их количество достаточно большое и есть на поле с самого начала? Этого можно достичь в хорошо управляемой системе No-till.

Сохранение пожнивных остатков на поверхности почвы способствует сохранению влаги и создает благоприятную среду для полезных микроорганизмов, при этом численность их популяции начинает увеличиваться и имеет устойчивый характер.

Фото 1. Управление микроорганизмами: направления и возможности

Божьи коровки и златоглазки действуют наиболее благотворно, а пауки выполняют основную работу, связанную с контролем популяций вредных насекомых. Так, например, при выращивании хлопка пауки играют ключевую роль, контролируя блох (Pseudatomoscelis seriatus). В течение многих лет я замечал, что блохи повреждают зарождающиеся коробочки (бутоны) на наших хлопковых полях No-till, но уровень повреждения никогда не был значительным, даже если не предпринимались меры контроля. Я всегда интересовался, кто же осуществляет контроль численности их популяции? Бльшая часть этих мер исходит от пауков, которые схватывают куколок блох (могут быть также другие механизмы контроля, самое главное, что при No-till численность блох редко достигает угрожающего уровня).

Раннее формирование многочисленной популяции полезного организма происходит при наличии благоприятной среды обитания и хорошего источника питания. Этого можно достичь путем сохранения растительных остатков на поверхности почвы (или, что лучше, выращивания культуры) и отказа от применения инсектицидов. Пауки и божьи коровки питаются другими видами организмов и могут сформировать многочисленные популяции задолго до того, как появятся вредоносные насекомые. Но эти полезные насекомые не могут существовать на голых участках почвы, где применялась механическая обработка. А озимая покровная культура, которую уничтожили прямо перед прорастанием хлопка (или даже после появления его всходов), действительно способствует раннему образованию популяций пауков и божьих коровок – они контролируют популяции бахромчатокрылых, тли и личинок хлопковой совки. Этому способствует также выращивание поблизости сорго и кукурузы, поскольку хлопковая совка предпочитает откладывать яйца именно на этих культурах.

Таким образом, при умелом выращивании хлопка в Канзасе мы фактически избежали применения послевсходовых инсектицидов и не применяли разновидности генетически модифицированных сортов Bt, устойчивых к этому вредителю.

Сходные меры способствуют снижению численности популяций кукурузного мотылька и кукурузной огневки, ведь большое количество божьих коровок способствует уничтожению большинства яиц и личинок. В некоторых районах северной части Великих равнин наблюдается увеличение численности кукурузного мотылька, что вызывает необходимость применять специальные меры борьбы с ним. Конечно же, для этого существуют инсектициды, но мы хотели использовать что-то более доступное и с большей силой возобновления. Один из научных разработчиков No-till в США Двэйн Бэк рассуждал так: летучие мыши могут хорошо с этим справляться, каждую ночь потребляя значительное количество кукурузных мотыльков еще до того, как они начинают откладывать яйца. Вероятно, мы должны создавать зоны обитания летучих мышей на наших полях, что позволит решить проблему кукурузного мотылька.

Фото 2. Управление микроорганизмами: направления и возможности

Других проблем, вызываемых насекомыми, также можно избежать при эффективном управлении. Личинку, пов­реж­дающую корни кукурузы, можно истребить с помощью определенного чередования культур, если севооборот не слишком короткий (см. «Зерно» №8/2012 г.). По существу это означает истребление растения-хозяина.

При No-till клопы-черепашки не так сильно угрожают посевам сорго, причина неизвестна (говорят, что из-за грибков). Как показали некоторые исследователи, численность обыкновенной злаковой тли и других видов тли в посевах кукурузы и сорго в условиях No-till обычно сокращается.

Конечно, мы не можем контролировать популяции всех насекомых-вредителей. Иногда на поля нападают разные вредители, например такие как улитки в Южной Австралии. Мы все еще боремся с кузнечиками и не знаем способа, как направить на них естественных врагов. По всей видимости, в условиях No-till они чувствуют себя не хуже, чем в любом другом месте (фактически происходит обратное – популяции кузнечиков двигаются с пастбищ и задернованных водотоков). Часто это происходит просто из-за недостаточных наших знаний.

 

Джунгли

Поговорим о сорняках. Кажется, что они исчезают с поля, если их семена оставить на поверхности почвы (см. статью Рэнди Андерсона, «Зерно» №9/2012 г.). Частично это происходит из-за поедания их семян насекомыми-хищниками, частично – из-за применения химических препаратов. Удержание семян сорняков на поверхности почвы усиливает до максимума эти механизмы. Температурные колебания и влияние солнечного света сильнее всего действуют на поверхности почвы, равно как и активность муравьев, жуков, сверчков и прочих насекомых. Активность микробов и грибков, которая способствуетразложению стерни, направлена также на уничтожение семян сорняков. Самое большое количество микроорганизмов почти всегда находится в слаборазложившемся слое растительных остатков и в верхнем слое почвы (2-3 см). Это касается практически всех наземных экосистем – зоны взаимодействия субстрата, минералов, газов и солнечного света. Обычно большинство процессов разложения ускоряются в условиях растительного полога культуры (благодаря сохранению на более высоком уровне влажности). Эти процессы прекрасно протекают сами по себе, особенно после применения технологии No-till в течение нескольких лет (иногда наши пожнивные остатки разлагаются даже быстрее, чем мы хотели бы). Прорастанию семян сорняков в дальнейшем препятствует тот факт, что они находятся на поверхности почвы, так как это неудачное место для прорастания, исключая тот вариант, когда они находятся в очень влажных условиях.

Еще одним компонентом биологического контроля сорняков является конкурентоспособность самой культуры. Солнечный свет и питательные вещества ограничены, не говоря уже о физическом пространстве, необходимом для роста культуры. Почему сорняки имеют вредное влияние? Они препятствуют росту и высокой урожайности культуры. Понимание этого способствует уравниванию условий на поле. Поэтому сделайте культуру более конкурентоспособной. Правильное расположение семян и удобрений способствует быстрому росту культуры, то есть такому же эффекту, что и от отборных качественных семян (обычно это большие семена с быстрым прорастанием), которые генетически запрограммированы для быстрого роста. Более густая стоячая стерня и узкие междурядья также способствуют этому.

Рэнди Андерсон указал на то, что если выращивать высокорослый сорт пшеницы с более узкими междурядьями и размещением азотных удобрений в зоне рядка, то это способствует сокращению семенной продуктивности сорняков на 40-45%. Конечно же, севообороты также являются ключом к эффективному биологическому контролю – разные культуры будут конкурентоспособными в разное время года.

Помимо конкурентной борьбы за ресурсы сорняки могут чрезвычайно активно подавлять рост культуры, выделяя химические вещества, которые ограничивают не только ее рост, но даже уничтожают соседние растения. Так что первые гербициды использовались самой природой!

Разительным примером не­удачного использования конкурентоспособности является программа экологического пара, применяемая на западе Канзаса. Это сево­оборот пшеница – сорго (или кукуруза) – летний пар. После нескольких ротаций хлорис мутовчатый (Chloris verticillata), шерстяк перехваченный (Eriochloa contracta) и другие сорняки доминируют в этой системе. Возникает желание «решить проблему» с помощью механической обработки почвы, используя культиваторы, плуги и прочие орудия с разнообразными рабочими органами. Интересно, что эти злаковые сорняки не распространяются в других системах, а доминируют только в этом сево­обороте. Эти сорные травы обладают устойчивостью к низким нормам глифосата, имеют высокую семенную продуктивность и неагрессивность к культуре во время роста.

Почему они стали доминировать? Система предоставила им такую возможность. Гербициды (низкие нормы глифосата + регуляторы роста в стерне пшеницы и атразин + ацетамиды для сорго во время летнего пара) практически не оказывали влияния на хлорис мутовчатый, в сущности, даже помогали им избавиться от конкуренции с другими видами сорняков, более чувствительных к данным гербицидам (щирица, кохия, виды щетинника). Конечно, конкурентоспособность культур была нулевой во время летнего пара, умеренной – в год выращивания пшеницы (плюс долгое лето для возобновления хлориса мутовчатого) и небольшой при выращивании сорго с широкими междурядьями (66-100 см). И вскоре все распалось на части: природа нашла ахиллесову пяту в этой системе выращивания культуры.

В то время как многие считают, что v-образные лапы являются существенной частью технологии выращивания культур, на самом деле, они не должны быть таковыми. Многие сельхозпроизводители избавились от сорных трав на проблемных полях при помощи эффективных севооборотов и правильного подбора гербицидов, полагаясь на гербициды типа «фопов» и «димов» и более высокую норму применения глифосата. Во время летнего периода густой растительный полог культуры вызывает гибель сорняков, ведь многие из них не могут расти в тени. Размещение жизнеспособной широколистной яровой культуры в севообороте способствует решению проблемы с микроорганизмами, а также многих других проблем. У меня есть клиенты, которые практически полностью истребили хлорис мутовчатый и шерстяк на некоторых полях путем посева сои с узкими междурядьями и правильно подобранными гербицидами без использования каких-либо механических орудий.

Несмотря на постоянное поступление семян хлориса мутовчатого с границ поля и соседних полей, мы не ощущаем его распространения вглубь поля. Яровые широколистные культуры (кроме сои) регулируют эту проблему сходным образом, но в разной мере – в зависимости от степени их растительного полога и характеристик роста.

При No-till правильное чередование культур в севообороте, их конкурентоспособность и высокая степень гибели семян сорняков существенно снижают численность популяций сорняков. Но даже в этих условиях гербициды все же используются в малых количествах, частично из-за того, что мы недостаточно применяем другие меры контроля сорняков. Наиболее рентабельная система будет целесообразно использовать все перечисленные средства.

 

Низкая степень жизнеспособности

Фото 3. Управление микроорганизмами: направления и возможности

Теперь поговорим о заболеваниях культур. Болезни не настолько явны, как воздействие насекомых-вредителей и сорняков, так что им не уделяют большого внимания. Но они все же влияют на микроорганизмы и меры биологического контроля. Иногда это действует и в другом направлении: культура будет подавлять рост одного или нескольких видов культур. Данное химическое оружие растений, называемое аллелопатией, только начинают осознавать. При достаточном изучении этого явления его можно будет использовать в качестве биологического оружия против нежелательных организмов на поле.

Все организмы, вызывающие болезни, имеют стадии покоя – споры, конидия, апотеций, перитеций, склероций, в зависимости от конкретного вида. Они могут сохранять жизнеспособность в течение некоторого времени, пока не войдут в контакт с новым хозяином.

Снижение проникания инфекции или развития болезни в растении можно достигать несколькими механизмами, такими как сокращение периода покоя в среде (почве или воздухе), нарушение «чувства» правильного хозяина или усиление защитных механизмов в растении.

Снижение присутствия инокулянта на поле можно достичь путем использования большого периода, когда на поле отсутствует растение-хозяин, или другими способами снижения степени зараженности поля возбудителями болезней. Время, химическое выветривание и биологическое истребление хищными организмами – ваши союзники. При выращивании культур на поле часто складываются такие условия, которые либо ускоряют гибель этих врагов, либо заставляют их прервать период покоя в неположенное время (чтобы они заразили другие виды растений или растения, которые не являются товарной культурой).

Это прекрасно проиллюстрировано в недавнем изучении белой гнили (Sclerotinia sclerotiorum), которое проводил Крейг Грау из университета в Висконсине. Белая гниль – это бедствие северной части Великих равнин, особенно в зонах с короткими севооборотами с чувствительными растениями, такими как соя, рапс и подсолнечник. Наибольшие потери от данного заболевания наблюдаются с конца 1990-х годов, особенно во влажные годы. Это привело к тому, что в большей части Кукурузного пояса фермеры вновь перешли на выращивание устойчивых сортов сои с широкими междурядьями, для того чтобы избежать разрушительного воздействия белой гнили.

Занимаясь поиском лучшего пути, Грау ожидал, что сработает биологический способ. В севообороте кукуруза – соя при выращивании культур по технологии No-till он сравнивал покровные культуры озимую пшеницу, яровой овес и яровой ячмень (все они не являются хозяевами возбудителя заболевания), выращиваемые перед соей, по сравнению с контрольными полосами, где покровную культуру не выращивали. Спустя годы (в зависимости от разных местоположений) Грау сделал вывод о том, что благодаря всем трем покровным культурам сфера действия белой гнили при выращивании сои значительно сократилась и что склероции белой гнили действительно прерывали период покоя во всех посевах покровных культур, но не в контрольных полосах.

Игра усложняется, когда мы осознаем, что виды, вызывающие заболевания, имеют такие свойства, которые могут изменяться в ответ на изменения в среде. Как и некоторые патогены человеческого организма, выработавшие устойчивость ко всем известным антибиотикам, так и популяции насекомых-вредителей любой культуры приспосабливаются к используемым мерам контроля, включая и адаптацию к севооборотам. Например, Bipolaris sorokiniana – обитающий в почве грибок, который вызывает корневую гниль у пшеницы и ячменя. По данным Коннерс и Аткинсон, пять лет выращивания пшеницы в монокультуре привело к перемене в популяции В. sorokiniana – от сниженной вирулентности по отношению к пшенице до высокой степени вирулентности. И наоборот, противоположное явление произошло при постоянном выращивании ячменя: В. sorokiniana увеличил степень вирулентности по отношению к ячменю, но уменьшил способность колонизировать пшеницу.

Другие исследования подтверждают следующие результаты: применение коротких севооборотов (или монокультур) приводит к увеличению количества инокулята и степени агрессивности болезни. Это относится к большинству патогенов. Выращивание культур-нехозяев сокращает уровень инокуляции, но может не менять приспособленность патогена к культуре-хозяину. А выращивание культур, являющихся слабыми или промежуточными хозяевами, может способствовать увеличению степени инокуляции, предоставляя патогенам возможность размножаться. На деле это может сократить агрессивность патогена по отношению к первичной культуре-хозяину.

 

Подземный мир

Фото 4. Управление микроорганизмами: направления и возможности

Корни культур находятся в уникальном мире: эта экосистема остается неизученной человеком. Выбор сосудистых растений (культуры и сорняки) на ваших полях будет радикально менять эту экосистему, менять ежегодно. Каждое растение имеет характерные признаки, которые проявляются в корневых экссудатах (вещества, выделяющиеся из корней). Они могут привлекать некоторые виды бактерий, грибков, нематод и других организмов (или препятствовать их попаданию в почву). Эти виды часто конкурируют между собой за корневые экссудаты как источники пищи.

Бактерии могут вырабатывать антибиотики (для уничтожения конкурентов) и вещества – стимуляторы роста растений для увеличения роста корней. В свою очередь, некоторые из этих видов будут источником пищи для других видов. Эти организмы не являются паразитирующими, а способствуют разнообразию экосистемы почвы. Многие виды, живущие в почве, прямо или косвенно помогают сосудистым растениям путем создания или высвобождения питательных веществ, препятствуя воздействию вредных организмов или просто занимая нишу. Устойчивая экосистема обладает большим разнообразием, что препятствует как проникновению в нее посторонних элементов, так и случайным колебаниям численности различных видов.

Экосистемы почвы не спешат раскрывать свои секреты. Многие из «эффектов севооборотов», которые мы наблюдаем, вызваны, скорее всего, изменениями в почвенном сообществе, поскольку их нельзя объяснить уровнем влаги, круговоротом питательных веществ или известными болезнями. К такому заключению при­шли многие независимые исследователи по всему миру.

Оптимальное чередование культур – одно из наиболее доступных средств для управления микроорганизмами на пользу сельхозпроизводителя. Правильность выбора имеет большое значение. Например, в 2002 г. на Исследовательской ферме Дакота Лэйкс в севообороте озимая пшеница – кукуруза – широколистная культура урожайность озимой пшеницы варьировалась от 5,4 до 37,6 ц/га – в зависимости от предшествующей широколистной культуры. Тот год был засушливым, поэтому неудивительно, что урожайность пшеницы после сои составила лишь 5,4 ц/га. Шокирующим фактом стало то, что урожайность пшеницы составила 37,6 ц на акр после гороха полевого, лишь 18,8 ц/га после рапса и 19,7 ц/га после нута. Как считает Д. Бэк, урожайность пшеницы после гороха полевого всегда максимальна. Уровень влаги, органического азота и микоризы могут объяснить лишь некоторые отличия в урожайности пшеницы по предшественникам, в сущности, мы не знаем ответа на этот вопрос.

Долгосрочные исследования Рэнди Андерсона в Акроне, Колорадо, показывают увеличение урожайности пшеницы до 46% благодаря включению кукурузы в севооборот (озимая пшеница – кукуруза – пар по сравнению с севооборотом озимая пшеница – просо – пар). А вот включение в севооборот подсолнечника привело к существенному уменьшению урожайности пшеницы, даже при наличии пара. Однако потери можно сократить (но не избежать), если в севооборот перед подсолнечником вводить кукурузу.

Микроорганизмы, живущие в почве, также оказывают положительное воздействие на физические свойства почвы. Вы хотели бы разрыхлить и аэрировать почву? Это могут сделать для вас дождевые черви, а также корни растений. Перераспределить питательные вещества? Этим могут заняться дождевые черви. Вы желаете помочь растениям абсорбировать питательные вещества и воду? Микоризные грибки могут прийти на помощь. И все эти помощники лучше работают в условиях постоянного использования технологии No-till.

 

Создание улучшенной системы

Фото 5. Управление микроорганизмами: направления и возможности

Необходимо изучать, как природа может решить наши проблемы. Поля – это экосистемы, и они могут быть достаточно устойчивыми или находиться в разбалансированном состоянии. Иногда мы даже не можем себе представить, насколько они способны к разбалансированию. Природа эпидемий такова, что мы не можем их ни предсказать, ни предотвратить.

Главная идея заключается в том, что в мире микроорганизмов грубые методы воздействия обычно приводят к поражению. Вредные микроорганизмы практически всегда находят выход, вне зависимости от того, какие методы давления на них использовались. Давление вынуждает вредные для нас организмы изменяться, а технологии контроля вредных организмов обычно весьма дорогостоящи. Применение биологических методов позволяет работать с меньшими затратами, при этом биологические методы действуют в нужное время и в нужном месте.

Ни одно из этих утверждений не должно укреплять мысль о негативности традиционной технологии: технология – вещь замечательная, особенно если ее используют для решения тех проблем, на которые она ориентирована. Но мы думаем, что технология будет способствовать решению всех проблем и что каждая новая технология будет максимально рентабельной при любой деятельности. Эра электроники не привела к тому, что мы перестали пользоваться бумагой (как предполагалось), фактически, мы используем ее даже больше, чем когда-либо. Новые блестящие технологии химической защиты растений не предоставят нам возможности полностью контролировать все на полях. Их использование не позволяет нам забывать об основополагающих биологических и экологических принципах. Ваши поля содержат целые сообщества микроорганизмов. Уважайте их. Научитесь пользоваться ими. Будущее принадлежит тем, у кого тонкое восприятие и острый ум.

 

Мэтт Хэгни,
консультант-агроном по вопросам No-till, работающий в Салина, штат Канзас