Почвенная фауна в прямом посеве


Почва, как питательная среда культурных растений, может сохранять свое естественное плодородие, если поддерживается многообразие почвенной фауны и микроорганизмов (бактерии, грибы, одноклеточные). В этой связи биологическое многообразие в почве учеными причисляется к индикаторам аграрной среды обитания, по которой измеряется экологическая устойчивость сельскохозяйственного производства.

Одним из важнейших факторов влияния, способных изменить физические, химические и биологические характеристики почвы и соответственно многообразие почвенных организмов, является технология обработки почвы. Так, вертикальное зонирование внутри горизонта обработки и активность находящихся в нем организмов практики связывают с тем, проводится ли на почве вспашка, минимальная обработка или прямой посев. По их мнению, глубина залегания органического вещества – основного источника энергии всей сети распределения питания в почве — зависит от системы обработки.

То, насколько интенсивно рыхлится или напротив, уплотняется почва, регулирует размер и геометрические параметры системы порового пространства и соответственно воздушный и водный запас. Все это изменяет жизненное пространство множества микроорганизмов. И не удивительно, что состав сообщества организмов также меняется в соответствии с восприимчивостью имеющихся видов или групп к внешним воздействиям.

В контексте практической защиты почвы информация по этому вопросу имеет большое экономическое и экологическое значение. Она позволяет делать выводы о динамике процессов. Кроме того, они указывают на то, какая система обработки почвы при каких условиях способствует сохранению здорового состояния почвы и обеспечению экологически устойчивого производства.

Почему эта тема актуальна

Чтобы получить представление о развитии и состоянии биологического разнообразия в почве при различных технологиях обработки почвы (традиционная, минимальная и прямой посев), в институте им. Йохана Генриха фон Тюнена (Брауншвейг) был проведен анализ данных многолетних исследований. При этом использовались результаты полевых опытов в Германии, которые охватывают период с 1950 по 2010 гг.

Из более чем 150 источников были отобраны данные по конкретным группам организмов, которые выполняют центральную роль в почве. Поскольку они были зарегистрированы в разных местах, также существенно варьируются и характеристики почвы исследованных полей. Такая разнородность позволяет одновременно решить две задачи: во-первых, можно сделать общий вывод, какое влияние на почвенные организмы оказывает система обработки почвы. С другой стороны, этим можно продемонстрировать, как условия местности (особенно вид почвы) и различные культурные растения в разных системах обработки влияют на почвенные организмы.

В ходе исследований в качестве организмов-индикаторов на первом плане стояли дождевые черви, клещи, ногохвостки (сминтуры), энхитреиды и нематоды. Эти группы организмов являются важными связующими звеньями внутри сети распределения питания в почвах сельскохозяйственного назначения. Многочисленные процессы, круговорот питательных веществ и соответственно плодородие почвы напрямую или косвенно зависят от их присутствия в почве. Их распространенность и состав их сообществ являются важными показателями того, каким потенциалом располагает почва в процессе обеспечения экологически устойчивого производства.

Современные исследования не только рассматривают почвенную фауну, но и дают представление о том, каким образом сказывается влияние на сами микробные сообщества. Эти результаты служат индикаторами изменения почвенных процессов на микробиологическом уровне.
Кроме того, рассмотрение отдельных фитопатогенных видов позволяет сделать вывод о потенциальном изменении поражения полей вредителями растений в зависимости от системы обработки почвы.

Дождевые черви выбирают прямой посев

По результатам исследований можно утверждать, что различные функциональные группы внутри почвенной фауны и микроорганизмов особым образом реагируют на вид обработки почвы. Так, дождевые черви при минимальной обработке почвы и в частности при прямом посеве демонстрируют намного более высокую плотность особей, чем при традиционной обработке почвы (таблица 1). Это связано с тем, что при вспашке повреждаются крупные дождевые черви и их ходы.

Кроме того, круглогодичный слой мульчи на поверхности почвы является легко доступным источником питания и дополнительной защитой. Помимо этого он сокращает колебания температуры и баланса воды в почве. Это смягчение микроклимата оказывает благоприятное влияние на популяцию дождевых червей, которая наиболее активна при температуре 10-15ºС.

При сокращении интенсивности обработки существенно повышается многообразие видов внутри сообщества дождевых червей. В более выигрышной ситуации оказываются те виды, которые заселяют всю глубинную область от поверхности почвы до минерального грунта. Именно они играют ключевую роль в перемешивании почвы и заделке органического вещества. Кроме того, они повышают агрегацию почвы, могут проникать в плужную подошву и стимулируют воздушный и водный баланс уплотненных почв, а также рост корней культурных растений. Соответственно здоровье почвы и рост растений способствуют развитию этих «глубоко копающих видов».

При уменьшении интенсивности обработки почвы в незначительной степени увеличивается микробная биомасса, которая отражает распространенность грибов и бактерий в почве (таблица 1). Микробные сообщества в целом очень чувствительно реагируют на внешние воздействия и заблаговременно сигнализируют об изменениях содержания органического углерода. Таким образом, увеличение этих организмов свидетельствует о том, что их жизненные условия в почве при минимальной обработке почвы и, особенно в прямом посеве, сравнительно благоприятные.

Кому в «минималке» жить хорошо

Развитие энхитреид и нематод также стимулируется минимальной обработкой почвы. Однако, в отличие от дождевых червей, прямой посев в качестве формы землепользования с наименьшей интенсивностью проникновения в почву менее благоприятно влияет на обе эти группы организмов (таблица 1). Это указывает на то, что организмы выигрывают от сокращения глубины обработки и отказа от оборотной обработки, но при этом зависят от минимального уровня рыхления почвы.

Энхитреиды регулируют процессы разложения, связывают питательные вещества и обеспечивают более равномерное распределение питательных веществ в почве. Повышение числа индивидов положительно отражается на плодородии сельскохозяйственных почв и обеспечении питательными веществами культурных растений. Кроме того, их активность способствует формированию структуры почвы. Таким образом, энхитреиды выполняют такие же функции, как и дождевые черви, только в меньшем масштабе.

Нематоды внутри почвенной фауны используют разнообразные источники питания (растительный материал, корни, бактерии, грибы и т. д). Однако одновременно они демонстрируют и наибольшую специфику питания. В соответствии с этим их распространенность, активность и состав их сообществ соотносятся со свойствами их жизненного пространства, которые регулируют наличие этого источника питания и подвержены непосредственному влиянию обработки почвы.

В первую очередь те виды нематод, которые используют в качестве источника питания грибы или бактерии, и поэтому не являются патогенными, выигрывают от минимальной обработки почвы. В данном случае нематоды отражают положительную реакцию микроорганизмов на уменьшение интенсивности обработки почвы.

О клещах и ногохвостках

Клещи и ногохвостки в отличие от выше рассмотренных почвенных организмов отрицательно реагируют на минимальную обработку почвы и прямой посев. Так, распространенность обеих групп в почвах, обрабатываемых по традиционной технологии, значительно выше (таблица 1). Ученые полагают, что этот эффект связан у ногохвосток с тем, что многие их виды не способны копать. Однако при этом им требуется достаточная система пор в качестве жизненного пространства. Этим требованиям в наибольшей степени соответствует традиционная обработка почвы с применением вспашки. Именно эти виды, адаптированные к своему жизненному пространству, отличаются небольшим размером тела. Поэтому опасность того, что они будут повреждены при вспашке, существенно ниже, чем у дождевых червей.


Таблица 1: Численность популяции почвенных организмов при традиционной (со вспашкой) технологии, минимальной обработке почвы и прямом посеве

Ногохвостки играют важную роль для почв сельскохозяйственного пользования, поскольку они участвуют в разложении органического вещества, ускоряют мобилизацию питательных веществ и регулируют микробиологическую активность путем стравливания грибов и бактерий. В результате этого изменения внутри сообщества ногохвосток часто сопровождаются изменением интенсивности размножения грибов и бактерий, включая потенциальных возбудителей болезней. Таким образом, также смещаются почвенные процессы, регулируемые на микробном уровне.

Активность клещей в почве является одним из немаловажных факторов, определяющих «здоровье почвы». Они разлагают органическое вещество и участвуют в процессах формирования почвы. Основной источник их питания – грибы и простейшие почвенные организмы. Новейшие исследования подтверждают, что многочисленные виды клещей, являясь полифагами, могут использовать широкий спектр источников питания. Поэтому они по сравнению со олигофагами (такими, как нематоды) маловосприимчивы к изменениям жизненного пространства. Результаты анализа данных показывают, что клещи в меньшей степени восприимчивы к вспашке (таблица 1).

О влиянии вида почвы

Вид почвы и возделываемые на ней культуры существенно влияют на на сообщество микроорганизмов. В связи с этим был проведен более детальный анализ на предмет того, как варьируется сообщество почвенных обитателей и микроорганизмов в результате интенсивности обработки почвы. В ходе исследования стало ясно, что на изменение почвенных обитателей больше влияет обработкапочвы и., ив зависимости от вида почвы сообщества могут существенно отличаться, но не зависит от возделываемой культуры. Так, дождевые черви в результате уменьшения интенсивности обработки почвы сильнее стимулируются в илистой почве, чем на глинистых или песчаных. Ногохвостки только в илистых почвах демонстрируют прирост, а в песчаных и глинистых почвах при минимальной обработке почвы наблюдается сокращение их плотности по сравнению с традиционной технологией (см. рис. 1).


Рис.1. Численность популяции дождевых червей и ногохвосток при традиционной, минимальной обработке почвы и прямом посеве при различных видах почвы. Штрихи, отражающие погрешность, соответствуют стандартной погрешности.

Эти различия связаны с тем, что илистые почвы по сравнению с песчаными, обладают лучшей способностью к сохранении воды и растворенных в ней питательных веществ. При этом они не имеют такой сильной тенденции к переувлажнению как почвы глинистые. Поэтому почвенные организмы в илистых почвах максимально комфортно существуют и развиваются в условиях сокращения интенсивности обработки почвы.

Таким образом, почвенные организмы реагируют не только на интенсивность обработки, но и на взаимодействие между видом почвы и обработкой почвы. От условий местности в значительной степени зависит то, будет ли та или иная система обработки почвы иметь положительное или отрицательное влияние на биологическое разнообразие.

Количество почвенных возбудителей болезней сокращается

Система обработки почвы влияет на происхождение и распространенность вредных возбудителей. Часто делается предположение, что уменьшение обработки почвы приводит к повышению поражения различными фитопатогенными организмами.
Однако многочисленные исследования однозначно свидетельствуют об уменьшении данных видов вследствие отказа от вспашки и перехода на «минималку» и прямой посев (рис. 2).

Так, уровень поражения возбудителями церкоспореллезной прикорневой гнили (Pseudocercosporella herpotrichoides) уменьшается при минимальной обработке почвы на 25%. Аналогичные результаты демонстрируют также по фитопатогенным почвенным организмам.
Распространенность галлообразующей нематоды (Heterodera avenae) при минимальной обработке почвы уменьшилась на 70% по сравнению с традиционной обработкой почвы. Вид ногохвосток Protaphorura armata, который может вызвать повреждения корней и всходов различных культурных растений (например, сахарная свекла, рапс, рожь и пшеница) сократился на 66%.

Одновременное сокращение поражения фитопатогенными представителями этих групп организмов в первую очередь зависит от стимулирования развития соответствующих антагонистов. Что касается возбудителей-грибов, то следует упомянуть некоторые виды коллембол и бактерии антагонистического действия. В отношении представителей почвенной фауны хищные клещи играют центральную роль. Касательно специально нематод антагонистические бактерии и хищные грибы, для которых создаются более благоприятные условия за счет уменьшения интенсивности обработки почвы, регулируют вредные организмы.

Теория и практика

Данные исследований показывают, что переход от традиционной обработки почвы к мульчированному или прямому посеву в смысле защиты почвы может сохранять и стимулировать биологическое разнообразие сельхозугодий. Уменьшение интенсивности обработки почвы благоприятствует, в первую очередь дождевым червям, энхитреидам, нематодам и микроорганизмам. Однако при выборе идеальной системы обработки почвы необходимо учитывать особенности местности. Только так можно сохранить биологическое разнообразие в почве и оптимально использовать полезные функции.

Результаты также показывают, что уменьшение интенсивности обработки почвы, несмотря на существующее предубеждение, не обязательно сопровождается повышением поражения почвенными вредными возбудителями. В большей степени стимулируется развитие антагонистических почвенных организмов. Это часто приводит даже к сокращению патогенов. Снижение интенсивности обработки почвы может стимулировать развитие организмов-антагонистов и способствовать снижению поражения посевов вредителями. Поэтому повышенное применение средств защиты растений при переходе с традиционной на минимальную обработку почвы не обязательно.

Д-р Кристине ванн Капелле, проф. д-р Штефан Шрадер, д-р Йоахим Брунотте, институт им. Йохана Генриха фон Тюнена, Брауншвейг (Германия), LOP, 2/2012, пер. О. Мозговой

0 комментариев

Только зарегистрированные и авторизованные пользователи могут оставлять комментарии.