CC BY
66
УДК / UDC 574.4:632.123:504.5
БИОТИЧЕСКАЯ РЕГУЛЯЦИЯ - РЕАЛЬНЫЙ ФАКТОР ДЕАРИДИЗАЦИИ
АГРОСФЕРЫ
BIOTIC REGULATION - THE REAL FACTOR OF THE AGROSPHERE DEARIDIZATION
Соколов М.С.*, академик РАН, профессор Sokolov M.S., Academician of the Russian Academy of Sciences, Professor Глинушкин А.П., доктор сельскохозяйственных наук, доцент Glinushkin A.P., Doctor of Agricultural Sciences, Associate Professor ФГБНУ «Всероссийский научно-исследовательский институт фитопатологии», Московская область, Россия All-Russian Research Institute of Phytopathology, Moscow region, Russia
*E-mail: [email protected]
«... проблема воздействия глобального потепления на сельское хозяйство России является чрезвычайно сложной и малоизученной. При этом прогнозы в отношении последствий потепления климата порой противоречивы и, на наш взгляд, зачастую излишне оптимистичны». Александр Александрович Жученко [2009-2011]
«(Глобальное потепление — проблема, которую создали мы сами». Raymond Thomas Pierrehumbert [2004]
Обсуждается проблема «парникового эффекта», его причины и последствия. Здоровая почва агроценозов рассматривается как источник и сток атмосферной углекислоты. Обсуждены приемы гумификации почвы, обеспечивающие её здоровье и секвестирование атмосферной углекислоты. В результате проведенного анализа, было установлено, что для минимизации негативных последствий аридизации агросферы мы должны двигаться двумя путями. Во-первых, на Евразийском континенте, наконец, необходимо прекратить вырубать леса. Там, где это ещё возможно, следует восстанавливать лесные биомы с им присущими экосистемными функциями. Испаряющая поверхность листьев сплошного лесного покрова в несколько раз превосходит испаряющую поверхность открытого океана равной площади. Однако человек необратимо разрушил этот уникальный механизм биотической регуляции всего лишь за несколько сотен лет. Во-вторых, для обеспечения максимального секвестирования атмосферной углекислоты почва агроценозов должна быть здоровой и высокопродуктивной. Её всемерная гумификация, наряду с повышением здоровья и плодородия, позволит почве выступать в качестве глобального бассейна стока атмосферной углекислоты. Всемерная гумификация почвы посредством индукции непрерывного накопления почвенного органического вещества, сбережения гумуса -это важнейшая научная задача, актуальнейшая междисциплинарная концепция. Она должна интегрировать знания и опыт многих фундаментально-прикладных дисциплин - биологических, социально-экологических, аграрных, медицинских и др., а в конечном счёте - в экологически- и экономически устойчивом развитии агро- и социосферы. Игнорирование обсуждаемой проблемы может привести к утрате Россией присущей ей в настоящее время роли общепланетного акцептора СО2.
Ключевые слова: потепление климата, парниковый эффект, обезлесение суши, деаридизация, гумусосохранение, оздоровление почвы, секвестирование атмосферной углекислоты, адаптивная стратегия.
The problem of "the greenhouse effect", its reasons and consequences is discussed in the article. The healthy soil of agrocoenosis is considered to be a source and a sink of the atmospheric carbonic dioxide. The techniques of soil humification providing its health and sequestering of atmospheric carbonic dioxide are discussed. As a result of the carried-out analysis, it was stated that to minimize the negative consequences of an agrosphere aridization we have to move in two ways. Firstly, it is necessary to stop de-afforesting on the Eurasian continent. It is necessary to recover forest biomes with their specific ecosystem functions, where it is still possible. The evaporating surface of leaves of a total forest cover exceeds several times the evaporating surface of the open ocean of the equal area. However, the person destroyed this unique mechanism of biotic regulation only for several hundred of years irreversibly. Secondly, to provide the maximum sequestering of atmospheric carbonic dioxide the soil of agrocoenosis should be healthy and highly productive. Its all-out humification along with the increase in health and fertility will allow the soil to appear as the global drainage basin of atmospheric carbonic dioxide. All-out humification of the soil by means of the continuous accumulation induction of soil organic substance, humus preservation is a major scientific task and the most relevant interdisciplinary concept. It should integrate knowledge and experience of many fundamental and application-oriented disciplines - biological, social-and-ecological, agrarian, medical, etc., and eventually - in ecological and economically sustained development of agro-and sociosphere. Ignoring the discussed problem can lead to Russia's loss of its present role of an all-planetary acceptor of СО2 now.
Key words: climate warming, greenhouse effect, land deforestation, dearidization, humus preservation, improvement of the soil, sequestering of atmospheric carbonic dioxide, adaptive strategy.
Введение. В современном мире три основных ресурсных природных фактора определяют благополучие и потенциальное богатство страны - почва, вода и ФАР (физиологически активная радиация). Чтобы устранить негативные последствия аридизации земного климата (применительно к агросфере), надо попытаться сформулировать первопричину этого явления. Как подчеркивал А.А. Жученко [1, с. 503], изменения климата Земли «...во многих случаях были причиной подъёма и упадка цивилизаций».
Современное потепление начало проявляться в первой половине XIX в. и продолжается до настоящего времени. «Парниковый эффект» впервые описал английский физик Дж. Тиндаль (John Tyndall) ещё в 1860 г. как «повышение температуры поверхности вследствие отражения атмосферой инфракрасного излучения, исходящего от земли, нагретой солнцем» [1, с. 503]. Первопричина феномена продолжает обсуждаться.
А.А. Жученко [1] призывал к осторожно-критическому принятию на веру численных моделей феномена глобального потепления и тем более разработке на их основе конкретных региональных рекомендаций. В то же время, он одним из немногих учёных многократно подчёркивал, что «. совершенно не оправдано слабое внимание к реальным последствиям фактически происшедших и/или происходящих изменений погодно-климатических условий. Так, можно считать вполне достоверными сведения о росте концентрации СО2 в атмосфере, усилении потепления и внезапных погодных флуктуациях, обусловливающих «раскачку» климата.». Полагаем, что противодействие «парниковому эффекту» и его частному следствию - аридизации агросферы - должно осуществляться, как минимум, на двух уровнях - глобальном и локальном.
1. Первопричина глобального потепления - обезлесение континентов. Сторонники Киотского протокола полагают, что первопричиной «парниковго эффекта» является повышенная эмиссия в атмосферу
антропогенного СО2, других парниковых газов. Более очевидно, что их избыток
- это снижение акцептирования СО2 вследствие форсированного антропогенного обезлесения территории Евразии, других континентов Земли за последние 10-20 веков н.э. [2].
Ещё 2000 лет назад девственные леса - постоянные акцепторы углекислоты
- покрывали 80% площади Европы (сегодня - лишь 34%). Они были способны легко компенсировать парниковый эффект при флуктуациях концентрации СО2. В течение ХХ века площадь пашни в Европе выросла на 80 млн га, в то время как леса местами исчезли почти полностью. 10 лет назад площадь лесов в мире составляла ~ 6 млрд га - 45% суши! Ежегодная скорость обезлесение планеты >7 млн. га/год (что соответствует территории современной Ирландии) [2] или площади ежегодного мирового опустынивания - 5-7 млн. га/год [1].
Итак, согласно концепции российских учёных [2], а также американских и бразильских исследователей главную роль в поддержании макроэкосистемных функций биосферы (оптимизация климата и гидрологического режима, обеспечение оптимального почвенного плодородия и биоразнообразия суши) на протяжении доантропогенной истории Земли выполнял лесной покров нашей планеты.
Сегодня лесные биомы уже не господствуют в Евразии. Повышение содержания СО2 в атмосфере, зарегистрированное в XIX-XXI веках - это результат уменьшения его ассимиляции ключевыми автотрофами-эдификаторами из-за повсеместного уничтожения древесно-кустарниковых насаждений [2]. Очевидно, что дополнительное поступление СО2 из вод Мирового океана (из-за повышения их температуры) и эмиссия СО2 из почвы из-за усиливающегося таяния вечной мерзлоты [3, 4] ещё более усугубят негативные последствия «парникового эффекта».
2. Теория «биотического насоса» Горшкова-Макарьевой. Согласно теории «лесного биотического насоса атмосферной влаги» [2] её поток «.полностью определяется свойствами растительного покрова суши, в частности, величиной потока испарения влаги с ее поверхности. Чем больше поток испарения, тем сильнее ветры, переносящие влагу с океана на сушу. Поскольку поток испарения достигает наибольшей величины над пологом естественного леса, большие континентальные области, покрытые лесом, характеризуются наибольшими потоками атмосферной влаги, поступающей с океана. По мере уничтожения лесов эти потоки постепенно ослабевают и вовсе исчезают в пустынях.».
Испаряющая поверхность листьев сплошного лесного покрова в несколько раз превосходит испаряющую поверхность открытого океана равной площади. Однако человек необратимо разрушил этот уникальный механизм биотической регуляции всего лишь за несколько сотен лет. В то же время, социум ни сегодня, ни в ближайшем будущем не в состоянии заменить биотическое управление биосферой техническим регулированием! Поэтому вполне вероятно, что при полном разрушении биотической регуляции наша экосфера может перейти в непригодное для социума состояние в течение всего лишь одного столетия [2]. Мы полагаем, что воспрепятствовать подобному коллапсу реально способна почвенная экологическая система.
3. Здоровая почва — бассейн стока атмосферной углекислоты. Впервые понятия «здоровая почва», «здоровье почвы» ввели в научную литературу американские почвоведы-экологи Doran, Sarrantonio, Liebig [5]. Здоровая природная почва (педоценоз) рассматривается нами как саморегулируемая средообразующая экологическая категория. Её биотическая саморегуляция и здоровье в наибольшей степени определяются структурой, численностью и
функциональной активностью геобионтов, которые непрерывно взаимодействуют с почвенными биотопами и экоресурсами [6]. Биотическая регуляция состояния окультуренной почвы агроценозов и селитебных территорий осуществляется под влиянием как природных, так и антропогенных факторов [7].
Микробо-растительный и органо-минеральные ингредиенты наземно-почвенной экосистемы ответственны за образование почвенного органического вещества [8], за биогеохимический круговорот биофильных элементов, за сток и фиксацию атмосферного углерода, а также за множество иных почвенных характеристик и функций. Именно биотическая саморегуляция природной почвы обеспечивает её самовоспроизводимость и самодостаточность, самоочищение и самообеспеченность (биофилами), адаптивность к стрессорам и т.д. Применительно к освоенной почве особую значимость сегодня приобретают агротехнологии и приёмы, индуцирующие накопление почвенного органического вещества [7].
Здоровая почва агроценозов обеспечивает не только оптимальный, высококачественный, экологичный урожай, но и выполняет уникальные биогеохимические, самоочищающие и самовосстанавливающие функции. Больная почва к этому не способна, она деградирует! По данным ФАО мировые площади деградированных, больных, инфицированных почв превысили 1,2 млрд. гектаров. Это более 20% всех агроугодий мира. Прямые потери из-за деградации почв оцениваются в ~25% мирового урожая. Оздоровление почвы посредством активизации её биотической регуляции - гумусонакопления в определённой мере позволят решить негативные последствия «парникового эффекта».
4. Оздоровление и гумификация почвы как фактор секвестирования СО2 атмосферы. В масштабе планеты почва служит главным донором и стоком углекислоты [3, 9]. Больная, биотически разбалансированная почва агроценозов не способна в полной мере выполнять подобные функции. Напротив, вследствие необратимой дегумификации и деструкции органического вещества освоенная больная почва в ряде случаев усиливает эмиссию СО2 в атмосферу [10].
Приоритетные фундаментальные обобщения по проблеме эмиссии почвенной углекислоты детально рассмотрели члены РАН Г.А. Заварзин и В.Н. Кудеяров [3, 9]. В этих работах охарактеризованы пулы углерода в наземных экосистемах России, исследован качественный и количественный состав источников СО2 в основных типах почв, оценена эмиссия СО2 почвами за счет микробного (бактериального, грибного) и корневого дыхания. Детально рассчитан ежегодный фотосинтетический сток углерода и чистая экосистемная продукция; в балансе СО2 (в системе «почва^атмосфера») рассмотрен вклад карбонатов - источника и стока СО2 в степных почвах Восточной Европы. Показано, что в случае продолжающегося потепления климата почвы зоны тундры могут стать мощным источником СО2.
Почвенное здоровье характеризуется функциональными средообразующими параметрами - гетеротрофной и супрессирующей активностью, самоочищающей способностью, биогеохимической активностью [6]. В качестве эталона здоровой почвы принята неосвоенная, типичная по биопродуктивности почва заказников, либо иных не возделываемых угодий. Важно, чтобы эксплуатируемая землепользователем почва (подобно природной!) была и живой, и здоровой, поскольку только здоровая почва способна осуществлять присущие ей биогеохимические функции - циклы биофильных элементов и микроорганизмов [6, 8]. На примере почв Западной
Сибири экспериментально продемонстрировано, что поддержать почву в здоровом состоянии без регулярного внесения органики, сохранения присущего эталонной почве баланса гумуса не реально! Итак, гумусонакопление - это реальный, практически повсеместно реализуемый, эффективный фактор секвестирования почвой атмосферной углекислоты, способствующий её оздоровлению и повышению плодородия.
5. Агротехнологии и приёмы поддержания баланса почвенного гумуса. В системе традиционных и современных (интенсивных) агротехнологий использование органических удобрений рекомендовано в пропашных севооборотах в первую очередь под картофель, овощи, кукурузу, сахарную и кормовую свёклу [11]. В условиях дефицита навоза важнейшими органическими удобрениями являются послеуборочные растительные остатки (преимущественно солома) и сидераты. В связи с широким соотношением С^ в злаковой соломе недостаток азота в этом субстрате компенсируют азотом мочевины (~10кг Мт соломы). К основным сидеральным культурам, адаптированным к большинству природно-климатических зон России, относятся виды бобовых: многолетний и однолетний люпин, донник, горох кормовой, кормовая вика, сераделла; из других семейств - редька масличная, сурепица, рапс, фацелия, амарант [11].
Впечатляющим примером управления плодородием и здоровьем почвы служат технологии органического земледелия и пермакультуры. В органическое сельское хозяйство интегрированы земледелие, кормопроизводство и животноводство. Подобный подход обеспечивает получение не только экологичной первичной продукции, но и незагрязнённых продуктов жизнедеятельности домашних животных - навоза, помёта и др. Их систематический возврат в почву (в форме биогумуса, вермикомпоста, перегноя) обеспечивает сохранение и баланс почвенного органического вещества. Сбережение гумуса обеспечивают также различные виды органики, однолетние и многолетние травы, послеуборочные остатки сидеральных, поукосных, промежуточных, уплотнительных и пожнивных культур, растительная мульча, минимизация аэрирования и обработка почвы без оборота пласта.
При пермакультуре в местах проживания землепользователей культивируются преимущественно многолетние травянистые и древесно-кустарниковые растения - плодовые и декоративные, при этом почва систематически удобряется органикой. Благодаря этому, а также рациональному обустройству селитебная территория оптимально комфортна для проживания. Основная задача участника пермакультуры - управление и наблюдение за взаимосвязями в природе, обеспечение содружества растений с остальной биотой, получение высококачественной продукции, а в конечном счёте - повышение качества жизни землепользователя.
Наиболее значимые, апробированные мероприятия и агроприёмы по оздоровлению почв [7] включают:
- плодосмен с прерыванием возделывания восприимчивых культур и сменой растений-хозяев;
- фитосанитарные предшественники, элиминирующие инокулюм фитопатогенов и семена сорняков;
- системное подавление сорных растений;
- органические удобрения, сидераты, улучшающие питательный режим почвы, повышающие её супрессивность, гумусированность, снижающие численность фитофагов, фитопатогенов и сорняков;
- сбалансированное внесение минеральных удобрений в строгом соответствии с показателями фитосанитарных почвенных картограмм;
- устойчивые к фитопатогенам сорта (!);
- минимальные рыхлящие обработки почвы, препятствующие её дегумификации и сохраняющие влагу, своевременно подавляющие фитопатогены, фитофаги и сорняки;
- ускоренное разложение послеуборочных растительных остатков и удобрение почвы соломой (в сочетании с перегноем и биопрепаратами).
6. Будущими последствиями аридизации актуально заниматься сегодня, а не в будущем! Наш великий естествоиспытатель-биосферолог В.И. Вернадский полагал, что человечество неизбежно придёт к ноосферному природопользованию, предполагающему максимально бережное взаимодействие землепользователя с природой. При этом будет успешно решаться и задача деаридизации агросферы. Однако для реализации этого предстоит выполнить большую работу. Тактико-стратегическим фундаментом ноосферного природопользования должны стать важнейшие социально-экологические императивы: а) повышение качества жизни социума, б) самоограничение и оптимально-разумное потребление всеми пользователями природных ресурсов и агропродуктов, в) реализация главного экономического принципа сохранения экосферы - «загрязнитель платит». Однако самое главное - исключить войны из жизни общества!
Решение глобальной социально-экологической проблемы, включая деаридизацию, должно осуществляться на основе общемировой стратегии устойчивого экономического развития («Рио-92», «Рио-92+10», («Рио-92+20» и др.) [7]. Ведь сбережение невозобновимых ресурсов (включая почву), минимизация загрязнения и сохранение биоразнообразия актуальны не только для агросферы, а для биосферы в целом! В своей повседневной деятельности землепользователь должен руководствоваться важнейшими эвристическими законами экологии Барри Коммонера (Barry Commoner), согласно которым в природе: «всё взаимосвязано», «всё куда-то движется и девается», «нет действия без последствия», «природа знает лучше», «за всё надо платить» [12]. Актуален также и закон о важности сохранения биоразнообразия (возделывание «мозаики сортов»): «не клади все яйца в одну корзину» [1].
Выводы. Эксперты-экологи и землепользователи («думающие глобально и действующие локально»!) для минимизации негативных последствий аридизации агросферы должны двигаться двумя путями. Во-первых, на Евразийском континенте, наконец, необходимо прекратить вырубать леса. Там, где это ещё возможно, следует восстанавливать лесные биомы с им присущими экосистемными функциями. Во-вторых, для обеспечения максимального секвестирования атмосферной углекислоты почва агроценозов должна быть здоровой и высокопродуктивной. Её всемерная гумификация, наряду с повышением здоровья и плодородия, позволит почве выступать в качестве глобального бассейна стока атмосферной углекислоты.
Всемерная гумификация почвы посредством индукции непрерывного накопления почвенного органического вещества, сбережения гумуса - это важнейшая научная задача, актуальнейшая междисциплинарная концепция. Она должна интегрировать знания и опыт многих фундаментально-прикладных
дисциплин - биологических, социально-экологических, аграрных, медицинских и др. В её разработке и апробации обязательно должны участвовать и опытные землепользователи. Именно они уже сегодня максимально заинтересованы в росте потенциального плодородия и иммунного статуса почвы, в рациональной утилизации растительных отходов, а в конечном счёте - в экологически- и экономически устойчивом развитии агро- и социосферы. Игнорирование обсуждаемой проблемы может привести к утрате Россией присущей ей в настоящее время роли общепланетного акцептора СО2:
«эмиссия СО2^ПОЧВА^сток СО2» ¿Атмосфера!
Александр Александрович Жученко призывал нас активно включиться в осмысление и решение проблемы деаридизации агросферы. В своей капитальной итоговой работе [1] учёный предостерегал, что из-за недостаточного уровня научного обеспечения адаптации мирового сельского хозяйства к глобальным и локальным погодно-климатическим условиям могут иметь место самые негативные последствия и для производства продовольствия, и для бесперебойного обеспечения мирового социума пищевой продукцией.
БИБЛИОГРАФИЯ
1. Жученко А.А. Климат и урожай / В кн.: Адаптивная стратегия устойчивого развития сельского хозяйства России в XXI столетии. Теория и практика. М.: Агрорус. 2009-2011. С. 503-577.
2. Горшков В.Г., Макарьева А.М. Леса как гаранты существования русских рек и жизни на суше // Альтернативный взгляд на проблему изменения климата на планете - перетягивание каната в природе. URL: www.bioticregulation.ru. (дата обращения 12.03.2017 г.).
3. Заварзин Г.А., Кудеяров В.Н. Дыхание почвы.ОНТИ ПНЦ РАН.1993. 145 с.
4. Шур Т. (Ted Schur) Прогноз для вечной мерзлоты // В мире науки. 2017. № 1-2. С. 167-172.
5. Doran J.W., Sarrantonio M., Liebig M.A. Soil health and sustainability // Advanc. Agron., 1996. V. 56. P. 1-54.
6. The health soil ecosystem as self-maintenance and sustainable bioproductivity. Review article / A.M. Semenov, M.S. Sokolov, A.P. Glinushkin, V.I. Glazko. // Acta Phytopathologica et Entomologica Hungarica. 2017 (in press).
7. Глинушкин А.П., Соколов М.С., Торопова Е.Ю. Фитосанитарные и гигиенические требования к здоровой почве. М. Агрорус. 2016. 288 с.
8. Семенов А.М., Соколов М.С. Концепция здоровья почвы: фундаментально-прикладные аспекты обоснования критериев оценки // Агрохимия. 2016. №1. С.3-16.
9. Потоки и пулы углерода в наземных экосистемах России / В.Н. Кудеяров, Г.А. Заварзин, С.А. Благодатский [и др.]. М.: Наука. 2007. 315 с.
10. Иващенко К.В. Обилие и дыхательная активность микробного сообщества почвы при антропогенном преобразовании наземных экосистем: автореф. дис. ... канд. биол. наук. М:, МГУ, 2017. 25 с.
11. Кирюшин В.И., Кирюшин С.В. Агротехнологии: учебник. СПб.: Лань. 2015. 464 с.
12. Снакин В.В. Глобальные экологические процессы и эволюция биосферы. Энциклопедический словарь. M.: Academia. 2013. C. 211-212, 297.
