CC BY
161
УДК: 631.46: 632.8:579.64
перспективы исследований по улучшению качества и оздоровления почв россии*
М.С. СОКОЛОВ, академик РАН, научный консультант (e-mail: [email protected])
А.П. ГЛИНУШКИН, доктор сельскохозяйственных наук, зав. отделом(e-mail:[email protected]),
Ю.Я. СПИРИДОНОВ, академик РАН, зав. отделом (e-mail: [email protected])
Всероссийский научно-исследовательский институт фитопатологии, ул. Институт, вл. 5, р.п. Большие Вяземы, Одинцовский р-н, Московская обл., 143050, Российская Федерация
Резюме. Плодородная и здоровая почва - уникальная продукционная, средообразующая и биоресурсная экосистема биосферы Земли. Здоровье почвы можно считать составной частью плодородия, важнейшей функциональной биологической категорией. Исследование почвенного здоровья позволяетустановить важность этой категории при культурном использовании почвы. Больные почвы очень рискованы для практического использования, возникающие при этом риски касаются как экономических, экологических параметров производства, так и этических. За производство на больной почве в долгосрочном плане отвечать будет некому. Востребованность стабильности при работе с почвой возрастает в России. Спекулятивное использование земель теряет свою оправданность, становиться наказуемым. Здоровая почва позволяет производить и поставлять здоровую продукцию в страны всемирной торговой организации. Расширение этих возможностей повышает ответственность и прозрачность производителей (поставщиков) практически всей продукции с различных земель. В работе рассмотрена полифункциональная роль почвы в биосфере и жизни человека, концепция её здоровья, экологические, фитосанитарные и санитарно-гигиенические критерии мониторинга почв агроценозов, системные мероприятия по оздоровлению почв in situ. К числу таких мероприятий несомненно следует отнести использование биоремидиации. Естественное использование микроорганизмов-восстановителей почвенного плодородия - сложный процесс. Есть варианты использования для создания почвенного плодородия, например, почвенных водорослей и цианобактерий. Развитие такого направления достаточно реально, так как упомянутые микроорганизмы неоднократно доказывали своюжизнеспособность и почвообразующую роль в самых различных экстремальных условиях. Безусловно многоэтапность решения проблемы здоровья почвы требует глобального подхода, реализация которого невозможна без специалистов в области почвоведения, микробиологии, фитоса-нитарии, молекулярного и математического профиля. Ключевые слова: здоровье почвы, концепция, фунциональ-ные параметры, фактологические критерии, управление, национальная программа
Дляцитирования: Соколов М.С., ГлинушкинА.П., Спиридонов Ю.Я. Перспективы исследований по улучшению качества и оздоровления почв России // Достижения науки и техники АПК. 2016. Т.30. №7. С. 5-10.
Здоровая плодородная почва - уникальная продукционная, средообразующая и биоресурсная экосистема биосферы, основной природный ресурс производства продуктов питания населения Земли. Выступая на форуме в Париже в 2015 г. (назначенном Генеральной Ассамблеей ООН Международным годом почв), генеральный директор ФАО подчеркнул важную роль, которую играет здоровая почва в решении проблемы мировой продовольственной безопасности.
В то же время, по данным ФАО, мировые площади деградированных и больных (кондуктивных) почв пре-
высили 1,2 млрд га, что составляет более 20% мировых агроугодий. Прямые потери от почвоутомления (токсикоза почв), в том числе и из-за остатков стойких гербицидов, превышают 25% потерь мирового урожая. Загрязнённая поллютантами, инфицированная патогенными микроорганизмами почваагроценозов и селитебныхтерриторий несёт реальную угрозу здоровью человека и домашних животных. Широкое распространение кондуктивных почв и их заселение, в частности, возбудителями корневых гнилей важнейших сельскохозяйственных культур, превратилось в мировую проблему. На территории России эти фитопатогены заселили почву агроценозов зерновых злаковых культур практически повсеместно (>80%) [1].
Цель работы - обсуждение возможностей оздоровления почв России.
Полифункциональная роль почвы в биосфере и жизни человека. Здоровая почва - в противоположность деградированной, антропогенно нарушенной, загрязнённой или больной - выступает в социо- и экосфере в следующих качествах:
постоянно действующий фактор устойчивого функционирования экосферы, обеспечивающий биологическую продуктивность природных и антропогенных биогеоценозов, разнообразие и эволюцию биоты;
аккумулятор энергии и биофильных элементов, стабильно обеспечивающий потенциальную биопродуктивность наземных экосистем, их непрерывное функционирование в качестве глобального источника (и резервуара) биофильных элементов и разнообразной биоты;
связующее звено биологического и геологического круговорота веществ и энергии;
уникальныая средообразующая, средозащитная и оздоравливающая биоэкосистема.
Эти функции здоровой почвы непрерывно поддерживают происходящие в ней процессы - биологические, биогеохимические, физико-химические и информационные. В агросфере и социосфере именно они обеспечивают экологичность сопряжённых с почвой сред. Здоровье почвы, в конечном счете, определяет здоровье и качество жизни самого человека [1].
концепция здоровья почвы. Состояние здоровья почвы (soil health) в основном определяется структурой и функциями геобионтов. Их активность во многом зависит от флористического разнообразия наземной экосистемы, величины и качества перманентно поступающей в почву фитомассы и экссудатов растений.
Гетеротрофные геобионты выполняют завершающую биогеохимическую роль в деструкции и минерализации продукции автотрофов. Гетеротрофный функциональный параметр - один из важнейших показателей здоровья почвы, учитываемый при оценке её состояния, а также при ремедиации больной почвы агро- и/или социосистем. Здоровье почвы отражает её способность неопределённо долго функционировать в качестве компонента наземно-почвенной экосистемы, поддерживать качество воды и воздуха, обеспечивать почвенную биопродуктивность, здоровье растений, животных и человека.
*Работа выполнена при финансовой поддержке Российского фонда фундаментальных исследований (грант 15-2905893).
Здоровье почвы - это функциональная биологическая категория почвенной экосистемы, характеризуемая метаболизмом и катаболизмом соединений биофильныхэлементов, самоочищением от вредных для биоты веществ и чужеродных биоагентов. Здоровая почва агроценозов и социосферы характеризуется еще и соответствием своего вещественного и биотического состава нормативным показателям, а почва агроценозов - адекватным (своему местоположению) потенциальным плодородием.
Здоровая почва - это нормативно чистая почва, не содержащая сверх допустимых гигиенических и экологических нормативов вредные биологические агенты, ксенобиотические и природные соединения. Эталонами здоровья почв различных почвенно-географических регионов страны служат незагрязненные и неинфици-рованные (референтные) почвы заказников, целинных и залежных участков. По показателям здоровья необходимо оценивать, в первую очередь, почвы водоохранных территорий, детских, учебных и оздоровительных учреждений, хозяйств по выращиванию высокоценных семян, лекарственного сырья, продукции для производства лечебно-профилактического и детского питания. Здоровые почвы обеспечивают уменьшение плотности популяций вредных организмов ниже гигиенических, биологических и/или экономических порогов вредоносности. Обоснование подобных порогов - актуальнейшая задача медицинской гигиены и защиты растений.
Управление здоровьем почв агроценозов и социосферы предусматривает оценку этой важнейшей характеристики посредством фактологических критериев и функциональных параметров. Несоблюдение или превышение этих показателей свидетельствует об утрате или снижении компенсаторных свойств почвы [1, 2].
Экологические, фитосанитарные и гигиенические показатели мониторинга почв агроценозов как базис для управления их здоровьем. Принятые для почвы нормативы поллютантов и вредных биоагентов -это официальные фактологические критерии здоровья почвы. Они лимитируют содержание вредной биоты, природных и ксенобиотических загрязняющих веществ. Тем самым обеспечивается дифференцированный подход к оценке фитосанитарного и эколого-гигиенического состояния почв агро- и социосферы.
Функциональные параметры здоровья почвы количественно оцениваются интенсивностью важнейших биогеохимических процессов, среди них можно назвать следующие:
трансформация органического вещества и метаболизм биофильных элементов;
потенциальная способность к самоочищению от поллютантов и вредных агентов, обеспечиваемая гео-бионтами.
Состояние здоровья почвы учитывается на основании оценки её биотического и вещественного состава по показателям агроэкологического мониторинга, который позволяет объективно оценивать экологический статус, санитарную и экологическую безопасность почвы, а также (ориентировочно) её бонитировочную стоимость; определять масштабы потенциальных потерь и/или снижение качества урожая, произведённого на деградированной почве.
Первоочередные биоагенты агроэкологического мониторинга почв агроценозов - это почвенные или корне-клубневые фитопатогены. В процессе эволюции они приобрели признаки К- и Кг-стратегов, формируют покоящиеся жизнеспособные структуры, длительно сохраняющиеся в почве. В ходе фитосанитарного мо-
ниторинга следует регулярно оценивать здоровье почв агроценозов и по таким показателям, как численность пропагул наиболее вредоносных фитопатогенов, загрязнённость и фитотоксичность почвы, её гетеротрофная активность, способность к самоочищению. В почве селитебных территорий первоисточник вредных микроорганизмов - выделения продуктов жизнедеятельности людей и животных (больных и/или носителей инфекции), а также свалки отходов жизнедеятельности.
Заселённая патогенами почва - это реальная угроза здоровью человека и домашних животных, водным источникам и приземной атмосфере. Оценку пригодности почвы социосферы для проживания населения целесообразно проводить по прямым и косвенным санитарно-микробиологическим показателям. Выявление в почве патогенных бактерий, поражающих человека и домашних животных, осуществляется по эпидемическим показаниям.
Присутствие в почве санитарно-показательных микроорганизмов и/или превышение их допустимой численности - следствие избыточной, чужеродной инфекционной нагрузки, превышающей самоочищающую способность почвы. Выявление условно-патогенных и патогенных микроорганизмов современными ускоренными и молекулярно-биологическими методами (в сочетании с автоматизацией этих исследований) существенно повышает эффективность работы контролирующих и производственных микробиологических лабораторий.
Методы учёта видового состава и численности патогенных микроорганизмов без выделения их клеток в чистых культурах обеспечивают более оперативную и корректную идентификацию видового, фенотипического и расового состава этих геобионтов. Подобные методы исследования осуществимы пока лишь с использованием прецизионного оборудования, приборов и устройств, серийно производимых за рубежом. Высокая эффективность ускоренных инновационных методов выявления целевых микроорганизмов подтверждена в Центре гигиены и эпидемиологии им. Ф.Ф. Эрисмана Санэпиднадзора, в производственных микробиологических лабораториях контроля качества пищевого сырья и продовольственной продукции, на станциях водоподготовки и других объектах.
Обязательное условие предотвращения заболевания населения, хронических потерь урожая, принятия оперативных управленческих решений по оптимизации гигиенической и фитосанитарной ситуации - обеспечение землепользователей научно-обоснованными гигиеническими нормативами загрязняющих веществ, патогенов человека и теплокровных животных. Достижение оптимальной продуктивности агроценоза возможно лишь при реализации системы фитосанитарных мероприятий, базирующихся на знании региональных биологических и экономических порогов вредоносности почвенных фитопатогенов и фитофагов.
Многолетние исследования Сибирской научной школы по защите растений продемонстрировали возможность оперативного и эффективного элиминирования почвенных фитопатогенов при системном применении комплекса специальных агротехнологических мероприятий. Высокая эффективность апробированной стратегии подтверждена стабильным получением рентабельной, нормативно чистой агропродукции, поддержанием почвы агроценозов в здоровом и продуктивном состоянии [1].
Принципы и подходы к управлению здоровьем почвы. Методология оценки здоровья почв сельскохозяйственных угодий и селитебных территорий позволяет более объективно, на количественной основе
характеризовать средообразующие и средозащитные функции почвы, разрабатывать оперативные прогнозы динамики качества почвенных ресурсов, оценивать и рекомендовать наиболее эффективные и экономически приемлемые мероприятия по профилактике деградации и оздоровлению больных почв [3].
ремедиация загрязненной почвы in situ. Сегодня загрязненную почву локальных территорий обрабатывают путем промывки (выщелачивания), внесения различных химических веществ или микробных препаратов-деструкторов, а также комбинируя эти методы.
Промывка почвы эффективна при ее загрязнении водорастворимыми поллютантами. Почву промывают дождеванием (при поливной норме 3-10 тыс. м3/га) или с помощью иных ирригационных приемов, преимущественно с использованием рециркуляции воды. Промывные воды эпизодически собирают, а затем обезвреживают ex situ.
Часто используют внесение химических веществ, стимулирующих развитие нативных микроорганизмов-деструкторов. Как правило, почвенная экосистема (ПЭ) реагирует на загрязнение органическими поллютантами увеличением численности микроорганизмов-деструкторов, использующих эти вещества в качестве ростового субстрата и/или источника энергии. Именно из загрязненных почв выделены многие бактерии-деструкторы, разлагающие различные ксенобиотики, нефтепродукты и др. Для активации автохтонной микробной популяции в почву вносят окислители, косубстраты (мелассу, различные органические удобрения), источники азота и фосфора, а также эмульгаторы. Последние разрушают структуру липофиль-ных поллютантов, ускоряя тем самым их выщелачивание из почвы. Растворимые детоксицирующие компоненты вносят с поливной водой. Для улучшения аэрации проводят вспашку загрязненной почвы. В более глубокие слои почвы кислород или воздух можно подавать под давлением через систему перфорированных труб, что широко испол ьзуют при очистке почвы от н ефтеп родукто в. М етод относительно недорог, обеспечивает хорошие результаты, однако для достижения положительного эффекта зачастую необходимо продолжительное время. Для повышения полноты извлечения растворимых нефтепродуктов почву промывают водой с добавлением сурфактантов (ПАВ). Промывные воды очищают ex situ.
Хотя на сегодняшний день выделено и описано большое количество бактерий-деструкторов нефтепродуктов, пестицидов и других органических поллютантов, для очистки почвы подобные микробные препараты применяют пока ограниченно. Обычно их используют на небольших площадях, преимущественно в местах аварийного разлива токсикантов. Применение микробных культур в качестве инокулюма загрязненных почвенных локусов наиболее эффективно при свежих загрязнениях, когда автохтонная неактивная микробная популяция еще не успела развиться. В любом случае необходимо обеспечить доступность загрязняющих веществ деструкторам, то есть перевести их в почвенный раствор. Важную роль в этом случае играют уникальные солюбилизирующие (сурфактантсодержащие) микроорганизмы-деструкторы, дисперсия поллютантов, а также удобрение почвы азотом и фосфором. При высоком содержании поллютанта в почве (аварийные ситуации и др.) эффективны специальные сорбционные материалы, обеспечивающие постепенный переход токсиканта в почвенный раствор. При этом исключается токсическое действие на бактерий-деструкторов высоких концентраций загрязняющего вещества.
На больших площадях самоочищение почвы от поллютантов ускоряется при использовании традиционных
агротехнических приемов, оптимизирующих воздушный и водный режимы. Глубокая вспашка с оборотом пласта обеспечивает локализацию загрязненного слоя почвы ниже пахотного горизонта, что делает поллютант недоступным для корневой системы чувствительных растений. В иных случаях, напротив, рекомендуется не обрабатывать поверхностно загрязненный участок, поскольку под действием инсоляции многие органические поллютанты самопроизвольно разрушаются в процессе фотолиза.
Хороший эффект по ослаблению фитотоксического действия на чувствительные сельскохозяйственные культуры остатков гербицидов, содержащихся в почве или на ее поверхности, оказывает применение углеродных сорбентов и различных веществ-детоксикантов. Особенности реабилитации почв, загрязненных остатками фитотоксичных ксенобиотиков, подробно обсуждаются в работе [4]. Авторы справедливо полагают, что именно сорбционно-биологические методы детоксикации почв, загрязненных пестицидами или иными ксенобиотиками, наиболее экологичны, достаточно эффективны и экономически приемлемы.
В качестве ремедиационного приема для почв, загрязненных тяжелыми металлами (ТМ) или техногенными радионуклидами можно использовать иммобилизацию неорганического контаминанта. Она достигается либо применением комплексонов поллютантов, либо повышением рН почвы посредством известкования. При повышении рН снижается переход в почвенный раствор катионов таких токсичных ТМ, как Cd, Cu, Ni, Zn. При этом резко сокращается риск их поглощения растениями.
В биоремедиационных технологиях, именуемых фи-торемедиацией, для очистки загрязненных почв in situ используют вегетирующие растения с ассоциированной микробобиотой [5]. Фитоэкстракция (фитоаккумуля-ция) - наиболее подходящий способ удаления солей ТМ из почвы без разрушения ее структуры и снижения плодородия. Известны два основных принципа фито-экстракции: в присутствии хелатов (индуцированная фитоэкстракция), при которой увеличивается подвижность и поглощение растением ТМ-контаминанта; последовательная фитоэкстракция, при которой извлечение ТМ из почвы зависит от естественных свойств растений и количества их последовательных высевов. Развитию этой технологии способствовало открытие растительных видов-гипераккумуляторов поллютантов. Такие растения характеризуются быстрым ростом, развитой корневой системой и высокой продуктивностью биомассы.
Фитоиспарение основано на использовании растений для выноса контаминантов из почвы, трансформации их в летучую форму с последующей эмиссией в атмосферу. Фитоиспарение используют, в основном, для удаления из почвы ртути, при этом ее ион трансформируется в менее токсичную элементарную ртуть. Возможный недостаток фитоиспарения заключается в том, что эмиссированные в атмосферу загрязнители вероятнее всего с осадками повторно возвратятся в экосистему.
Фитодеградация основана на способности растений метаболизировать содержащиеся в почве органические поллютанты путем поглощения, переноса, трансформации, разложения и/или испарения. Ферменты растения -дегалогеназы, оксигеназы, редуктазы и др. - гидролизу-ют и/или восстанавливают вредные вещества до менее токсичных или нетоксичных природных соединений. Ризодеградация - это разложение органических соединений микрофлорой корневой зоны (преимущественно ризосферной). В сравнении с фитодеградацией этот процесс более медленный. Методы фиторемедиации целесообразно использовать комплексно [5].
В России коммерческое применение фитореме-диации почв, загрязненных ТМ и различными органическими поллютантами (например, нефтепродуктами), пока находится в начальной стадии. Необходимы масштабные исследования, направленные на поиск быстрорастущих и обладающих выраженной способностью к накоплению контаминантов растений из числа аборигенных культурных видов и/или дикоросов, обладающих фиторемедиационным потенциалом. Отдельная проблема - экологичная утилизация фитомассы, исключающая повторное загрязнение экосистемы и попадание поллютантов в пищевые цепи.
индукция почвенной супрессивности. В процессе эволюции генофонд естественных микробных педоценозов поддерживается посредством микробо-стазиса (фунгистазиса) - выживания микроорганизмов (микромицетов) в анабиотическом (некультивируемом, покоящемся, дормантном) состоянии, различающемся по продолжительности. В экстремальных условиях именно микробостазис противодействует элиминированию микробного генофонда из педоценоза. Доминирующий пул почвенных микроорганизмов, вследствие их огромной численности, необычайной скорости роста, повсеместного распространения, разнообразия метаболических процессов, сам для себя создает в почве среду, благоприятствующую его гомеостазу (функционированию и выживанию).
Очевидно, что самосбалансированность структуры и численности популяций микроорганизмов (конкурентов, антагонистов, паразитов, комменсалов и др.) - это свойство любой здоровой почвенной экосистемы. С позиций концепции здоровья почвы необходим постоянный мониторинг функций геобионтов агроценоза. Однако современные агротехнологии (либо их нарушение) зачастую дезорганизуют циклическое, самоподдерживаемое развитие ПЭ. В качестве стрессоров здесь могут выступать чистый пар, глубокая вспашка, минеральные удобрения, мелиоранты, пестициды и др. Для оптимизации этих технологий нужна, по возможности, достаточно полная информация о почвенной экосистеме.
До сих пор сдерживающим фактором оздоровления зональных почв большинства агроэкосистем продолжает оставаться недостаток сведений о статистически доказанных биологических порогах вредоносности (ПВ) почвенных фитопатогенов [6, 7] и тем более о комплексных ПВ фитопатогенов, фитофагов и сорняков [8]. Подобные регламенты должны, по-видимому, разрабатывать зональные и отраслевые НИУ, а также аграрные университеты, чего пока не делается, исключение - школа сибирских фитопатологов. Как полагают [9], преимущественно в агроценозах с преобладанием монокультуры, где обострена конкуренция за ресурсы, почвенные фитопатоген-ные организмы эволюционно, в процессе естественного отбора, приобрели признаки жизненного цикла К- или Кг-стратегов. На длительное выживание в почве эти паразиты тратят максимум веществ и энергии. В наиболее уязвимые периоды жизненного цикла паразитные микро-мицеты, например, усиливают функцию выживания благодаря наличию нескольких типов покоящихся структур (фаз). Так, возбудитель фузариозного увядания хлопчатника выживает в почве в форме склероциев, хламидоспор и покоящегося мицелия. Находясь в почве в состоянии фунгистазиса, подобные структуры постепенно теряют свою вирулентность и жизнеспособность. При этом разные виды микромицетов обладают неодинаковым «запасом прочности» в отношении длительности выживания в почве. Широкое варьирование показателя ПВ авторы [9]
объясняют неодинаковой восприимчивостью к болезни районированных сортов растения-хозяина и различиями в супрессивности почв отдельных регионов.
При оптимуме экоресурсов здоровая почва успешно реализует, по меньшей мере, две уникальные биотические функции: биодеструкцию (катаболизм) органических поллютантов и избирательное подавление (элиминирование) патогенной микробобиоты супрессорами-антагонистами. Целинные, залежные и некоторые почвы агроценозов изначально супрессивны: они обладают способностью эффективно подавлять развитие некоторых видов почвообитающих фитопатогенов, снижать их вредоносность или полностью элиминировать. Полагают, что «запуск главного механизма» супрессивности почвы осуществляет ее биотическая компонента под влиянием ряда индукторов. В почвах естественных биоценозов, например, антигрибное действие основано на природном явлении межвидовой борьбы, а именно, конкуренции за компоненты пищи, антибиозе, паразитизме и сверхпаразитизме [10].
Супрессивность почв агроценозов управляется и поддерживается факторами долгосрочной биоцено-тической регуляции (комплексом мероприятий по так называемому «обустройству агроландшафта») [11], а также посредством отдельных агротехнических приемов [6, 12, 13]. В качестве наиболее важных индукторов болезнеустойчивости агроценозазарекомендовали себя: устойчивый сорт и сортовая агротехника, адаптивная система обработки почвы, фитосанитарные предшественники, органические удобрения (компост, сидера-ты), активное органическое вещество [14], минеральные удобрения (аммонийные, амидные, фосфорные, калийные), биопрепараты, индукторы фитоиммунитета и почвенного фунгистазиса, различные БАВ [15]. В качестве ингибиторов болезнеустойчивости злакового агроценоза (применительно, например, к фитопатоси-стеме «яровая пшеница - Bipolaris sorokiniana») могут выступать монокультура, мелиоранты, нитратные удобрения, фунгициды, фитотоксины, вторичные продукты урожая, гидротермический режим почвы.
Еще одно перспективное направление использования микроорганизмов - создание почвенного плодородия. Например, почвенные водоросли и цианобактерии неоднократно доказывали свою жизнеспособность и по-чвообразующую роль в самых различных экстремальных условиях, поэтому развитие такой возможности достаточно реально [16].
Системные исследования по созданию здоровых почв в рамках национальной программы «радикальное улучшение качества и оздоровления почв россии». Международный опыт создания здоровых почв в системах органического сельского хозяйства представляет несомненный интерес для исследователей и землепользователей. Хотя технологии органического земледелия апробированы пока на небольших площадях, их отдельные элементы целесообразно использовать в беспестицидных агротехнологиях: на территориях рекреационных и водоохранных зон, при производстве элитных семян, продуктов лечебного и детского питания, лекарственного сырья.
Следует отметить, что бизнесу решившему вложиться в производство на сельскохозяйственных землях, для реалистичности экономического обоснования, необходимо учитывать экологию и здоровье почвы [17, 18]. Научный анализ этих вопросов предлагался в качестве большого научного проекта - МЕГАПРОЕКТА. Реализация возможных к постановке в нем задач позволила бы оздоровить
больные земли (нарушенные техногенезом, деградированные, загрязненные и заселенные патогенами), повысить их бонитет, базисную стоимость и экологическую значимость. Экология будущего [19] направляет нас к упомянутому МЕГАПРОЕКТу, включающему следующие научно-прикладные темы:
диагностика почвенного здоровья как составляющая экологического мониторинга, функциональные почвенные процессы и аборигенные тест-организмы как маркеры (индикаторы) здоровой почвы;
феномен самоочищающей способности почвы как фундаментальная основа для разработки ее ремедиа-ционных мероприятий;
геохимическая роль гетеротрофной микрофлоры (свободноживущей, ассоциативной, ризобиальной, арбускулярной и др.) в самоочищении почвы от загрязняющих веществ;
научное обоснование экологических (фитосанитар-ных) и гигиенических (санитарных) нормативов вредных веществ (и биоагентов) для почвы, нормативных показателей, биологических и экономических порогов вредоносности почвообитающих фитопатогенов;
гармонизация показателей качества и здоровья почвы с современными международными критериями и стандартами;
формирование нормативно-методической и классификационной базы для картирования почв по их супрессивной активности и самоочищающей способности, научно обоснованный выбор эталонов-заказников со здоровой почвой;
биоэкологические, биогеохимические и почвенно-агрохимические механизмы почвенной супрессивности;
супрессивное, фитотоксическое, рострегулирующее действие экссудатов культурных и сорных растений;
теоретические предпосылки и пути совершенствования углесорбционной нейтрализации загрязненных почв;
здоровая почва как генетический банк нуклеиновых кислот и природная среда для реализации естественного трансгенеза;
математические модели и экологические прогнозы эффективности и рентабельности региональных систем оздоровления почвы;
детальная региональная инвентаризация и картирование почв по состоянию их здоровья;
полифункциональные биопрепараты для защиты растений и повышения их урожая, эффективные на загрязненных почвах;
технологии и регламенты конверсии сельскохозяйственных и бытовых отходов в экологичные продукты -почвоудобрительные препараты, регуляторы роста растений, биогумус и др.;
токсикологическая оценка и санитарно-эпидемиологическая экспертиза новых экологичных биопрепаратов, регуляторов роста растений и агрохимикатов;
технологии масштабирования и наработки в условиях регионального биотехнологического производства высокоэффективных полифункциональных биопрепаратов для биоремедиации деградированных почв;
приёмы индуцирования почвенной супрессивности как радикальный метод оздоровления почв, заселенных возбудителями корневых гнилей экономически значимых сельскохозяйственных культур;
технологии возделывания на почвах ксеноце-нозов культур-гипераккумуляторов поллютантов и хозяйственно-полезных культур-исключателей;
технологии реабилитации и оздоровления почв, освобождаемых от отходов (жизнедеятельности, муниципальных, промышленных, рудных месторождений, лесо- и сельскохозяйственных);
регламенты комплексного оздоровления почвы от поллютантов, обеспечивающие производство экологичной (нормативно безопасной) агро- и лесопродукции;
оценка на биобезопасность местных органических удобрений, почвогрунтов, а также почв, предназначенных для производства урожая по технологиям органического земледелия;
научно обоснованные региональные практические рекомендации по «Технологиям и приемам оздоровление загрязненных и инфицированных почв»;
совершенствование методологии системного непрерывного обучения почвоведов-экологов и учёных агрономов в рамках бакалавриата, магистратуры и аспирантуры.
Из приведенной тематики вытекают следующие общие задачи по изучению статуса почвенного здоровья.
Фундаментальная - всестороннее познание и осмысление феномена почвенного здоровья, методологическое обоснование и разработка эффективных систем диагностики и управления этой важнейшей биологической категорией почвы.
Практическая - изменение традиционного отношения к почве исключительно как к средству производства, повышение её средообразующих функций путем радикального улучшения культуры землепользования, его интеллектуализации; неукоснительное соблюдение экологических императивов-запретов в отношении технологических приемов, индуцирующих «утомление» почвы и/или ее загрязнение, применение строжайших административных санкций к злостным загрязнителям почвы - юридическим и физическим лицам.
региональная - разработка и апробация локальных приёмов, технологий и систем профилактики поддержания почвенного здоровья, мероприятий по оздоровлению деградированных (загрязненных, больных) почв, адресованных конкретному землепользователю.
Полагаем, что в реализации этих задач, а также среднесрочных (4-5 лет) исследований упомянутого МЕГАПРОЕКТА должно быть заинтересовано российское общество в целом, включая законодателей и администраторов всех рангов, а не только ведомства сельского хозяйства и природных ресурсов [1].
Заключение. Таким образом, современный драматизм глобальной социально-экологической проблемы заключается в истощении невозобновимых природных ресурсов, загрязнении экосферы и утрате биоразнообразия. В XXI веке исключение из жизни общества или, по возможности, минимизация этих негативных последствий, так же, как цивилизационная коэволюция биосферы, социо- и техносферы в ноосферу стали неизбежными.
Главным императивным вектором этого объективного процесса должно стать существенное, непрерывное улучшение качества жизни и благосостояния наших граждан. Решать такую наиважнейшую задачу должны, в первую очередь, высококвалифицированные эксперты-почвоведы и специалисты-экологи, обладающие разносторонними знаниями и чувством ответственности за порученное дело.
Сбережение и поддержание в здоровом состоянии самодостаточного природного ресурса - почвы - одна из ответственейших задач будущих почвоведов-экологов и ученых-агрономов. В то же время, для спасения этого
уникальнейшего достояния страны одних призывов продвинутой общественности уже явно недостаточно. Необходимо, подобно странам ЕС, повсеместно и последовательно осуществлять узаконенный и оправдавший себя принцип «загрязнитель платит» [20].
Почвовед-биосферолог Виктор Абрамович Ковда в одной из своих последних работ писал: «...острота проблемы патологии почв заключается не только в снижении плодородия почв и в уменьшении урожаев продовольствия и сырья. Опаснее и страшнее другое: деградация и патология почв влечет за собой патоло-
гические явления в здоровье, развитии и физиологии человека, и даже в его умственной деятельности и психике» [21]. Предотвратить сказанное необходимо и возможно только с позиций ноосферного природопользования, следуя указанию великого российского гения-естествоиспытателя Владимира Ивановича Вернадского. Только в этом случае в полной мере смогут реализоваться уникальнейшие функции плодородной и здоровой почвы: биосферные (литосферные, гидрос-ферные, атмосферные), фитопродукционные (плодородие, продуктивность) и экологические - здоровье.
Литература.
1. Глинушкин А.П., Соколов М.С., Торопова Е.Ю. Фитосанитарные и гигиенические требования к здоровой почве. М.: Агрорус. 2016. 238 с.
2. Семёнов А.М., Соколов М. С. Концепция здоровья почвы: фундаментально-прикладные аспекты обоснования критериев оценки //Агрохимия. 2016. № 1. С. 3-16.
3. Healthy soil - phytosanitary basis of non-pesticide crop production/M.S. Sokolov, A.P. Glinushkin, E.Y. Toropova, V.P. Borovaya, L.N. Bugaeva //Russian Journal of Agricultural and Socio-Economic Sciences. 2015. Т. 48. № 12. С. 3-9.
4. Спиридонов Ю.Я., Веневцев В.З. Загрязнение почв пестицидами // Нейтрализация загрязненных почв: монография. Рязань: ВНИИГиМ, 2008. С. 287-314.
5. Фиторемедиация почв, загрязненных тяжелыми металлами// www.biofale.ru.dio.
6. Торопова Е.Ю. Экологические основы защиты растений от болезней в Сибири. Новосибирск, 2005. 272 с.
7. Здоровье почвы агроценозов как атрибут ее качества и устойчивости к биотическим и абиотическим стрессорам / М.С. Соколов, А.И. Марченко, С.С. Санин, Е.Ю. Торопова, В.А. Чулкина, А.Ф. Захаров//Изв. ТСХА. 2009. Вып. 1. С. 13-22.
8. Зубков А.Ф., Шпанёв А.М., Жуков В.Н. Комплексная вредоносность сорняков, вредителей и болезней культур полевого севооборота Юго-Востока ЦЧПРоссии. СПб., 2005. 72 с.
9. Торопова Е.Ю., Чулкина В.А. Становление эпифитотиологии как научной и учебной дисциплины XXI века /Вестник Новосибирского государственного аграрного университета. 2011. Т. 5. № 21. С. 38-43.
10. Филипчук О.Д., Соколов М.С., Павлова Т.В. Использование супрессивности почвы в защите растений от корневых инфекций // Агрохимия. 1997. № 8. С. 81-92.
11. Отклик агроландшафта на воздействие загрязняющих веществ и их экологическое нормирование / М.С. Соколов, Т.В. Павлова, В.П. Чуприна, Н.Р. Дядищев, О.Д. Филипчук, Л.В. Цаценко//Агрохимия.1999. № 6. С. 46-60.
12. Торопова Е.Ю., Селюк М.П., Юшкевич Л.В. Влияние агротехнологий на здоровье почвы и растений в лесостепи Омской области //Достижения науки и техники АПК. 2014. № 2. С. 44-45.
13. Торопова Е.Ю., Посаженников С.Н., Мармулева Е.Ю. Системная фитосанитарная роль предшественников в южной лесостепи Новосибирской области//Сиб. вестн. с.-х. науки. 2014. № 4. С. 4-11.
14. Daily dynamics of the number and activity of nitrogen-fixing bacteria in fallow and intensely cultivated soils / N.R. Emer, A.M. Semenov, V.V. Zelenev, N.B. Zinyakova, N.V. Kostina, M.V. Golichenkov// Eurasian Soil Science. 2014. Т. 47. № 8. С. 801-808.
15. Тютерев С.Л. Экологически безопасные индукторы устойчивости растений к болезням и физиологическим стрессам // Вестн. защиты раст. 2015. № 1. С. 3-13.
16. A combined morphological, ultrastructural, molecular, and biochemical study of the peculiar family Gomontelliaceae (Oscillatoriales) reveals a new cylindrospermopsin-producing clade of cyanobacteria / M. Bohunicka, J. Mares, P. Hrouzek, P. Urajova, M. Lukes, J. Smarda, J. Komarek, L.A. Gaysina, O. Strunecky// Journal of Phycology. 2015. 51. Рр. 1040-1054 DOI: 10.nn/jpy.12354
17. Соколов М.С., Марченко А.И. Здоровая почва агроценоза - неотъемлемое условие реализации его экологических и продукционных функций // Агро XXI, 2009. № 4. С.1-6.
18. Соколов М.С., Дородных Ю.Л., Марченко А.И. Здоровая почва как национальное достояние // Почвоведение. 2010. № 7. С. 858-866.
19. Чулкина В.А., Торопова Е.Ю., Стецов Г.Я. Экологические основы интегрированной защиты растений. М.: Колос, 2007. 568 с.
20. Снакин В.В. Экология и природопользование в России. Энциклопедический словарь. М.: Academia, 2008. 816 с.
21. Ковда В.А. Патология почв и охрана биосферы планеты// Сб. научн. тр. «Пространственно-временная организация и функционирование почв». Пущино: АН СССР, НЦБИ, 1990. С. 8-43.
PROSPECTS FOR STuDIES ON QuALITY IMPROVEMENT AND ENHANCEMENT OF SOILS
IN RuSSIA
M.S. Sokolov, A.P. Glinushkin, Yu.Ya. Spiridonov
All-Russian Research Institute of Phytopathology, ul. Institut, vl. 5, r.p. Bol'shie Vyazemy, Odintsovskii r-n, Moskovskaya obl., 143050, Russian Federation
Summary. Fertile and healthy soil is unique productional, environment-forming and bioresource ecosystem of the Earth's biosphere. Soil health can be considered as a part of fertility, the most important functional biological category. The study on soil health allows establishing the importance of this category at the cultural use of the soil. Morbid soils are very risky for practical use. Risks arising from the cultivation of morbid soils relate to both economic and environmental parameters of production and ethical ones. Nobody will answer for the production on the morbid soil in the long term. In Russia it is grow the importance of stability when working with soil. The speculative use of land loses its justification, it becomes punishable. Healthy soil allows producing and supplying healthy products to the countries of the World Trade Organization (WTO). The expansion of these possibilities increases responsibility and transparency of the producers (suppliers) of almost all products from different lands. The paper deals with the multifunctional role of soil in the biosphere and human life, the concept of its health, environmental, phytosanitary and sanitary criteria of monitoring of soil in agrocenosis, systemic measures to improve the soil in situ. Bioremediation should be undoubtedly attributed to such measures. Natural use of microorganisms-restorers of soil fertility is a complex process. For example, there are variants of use of soil algae and cyanobacteria for formation of soil fertility. The development of such possibility is sufficiently realizable, as they repeatedly proved their viability and soil-forming role under the different extreme conditions. Unconditionally, the multistage nature of the solution of the problem of soil health requires a global approach, realization of which is impossible without experts in soil science, microbiology, phyto-sanitation, molecular and mathematical profile.
Keywords: soil health, conception, functional parameters, factual criteria, management, national program.
Author Details: M.S. Sokolov, member of the RAS, science advisor (e-mail: [email protected]); A.P. Glinushkin, D.Sc. (Agr.), head of division (e-mail:[email protected]); Yu.Ya. Spiridonov, member of the RAS, head of division (e-mail: [email protected]) For citation: Sokolov M.S., Glinushkin A.P., Spiridonov Yu.Ya. Prospects for Studies on Quality Improvement and Enhancement of Soils in Russia. Dostizheniya nauki i tekhnikiAPK. 2016. V.30. No. 7. Pp. 5-10 (in Russ.).
