З турботою про біоту. Час докорінно змінювати філософію ставлення до землі

Упродовж двох останніх століть науковці багатьох країн намагалися детально вивчити мікробне біорізноманіття (біоту) та його вплив на родючість землі. Але цим спробам заважали обмежені технічні можливості науки, оскільки, застосовуючи будь-який із відомих методів, потрібно було дослідити досить велику кількість зразків. Протягом минулого десятиріччя в біології стали широко застосовуватися молекулярні методи, які дали змогу успішно розв’язувати проблеми, що виникають у практиці класичних методів досліджень. Результати застосування сучасних молекулярних методів свідчать, що угруповання мікробів складніші, а їх просторово-часова різнорідність набагато ширша, ніж уявлялося до цього.

БІЛЬШІСТЬ мікробних угруповань у грунті – складні біологічні комплекси, що утворюються з різних морфологічних типів і фізіологічних груп. Однак традиційна ґрунтова мікробіологія має справу лише з тими небагатьма мікробними групами, які культивуються у вибіркових поживних середовищах. Науці досі було відомо не більше 10 відсотків усіх ґрунтових мікроорганізмів. У той же час чисельна оцінка бактеріального різноманіття показала, що їх нараховується понад 4000 різновидів (біоваріантів) на 10 г ґрунту. Це свідчить про складність та важливість вивчення взаємин між усіма компонентами природних угруповань у грунті, включаючи рослини. Необхідно також встановити, який вплив мають на біоспільноту різні агроприйоми.

Для кількісної оцінки мікробіологічних особливостей грунтів, як правило, вживаються методи визначення мікробної біомаси, обсягу виділеного вуглекислого газу. Але практика показує, що в такий спосіб важко здобути повну інформацію про основу ґрунтів, тобто мікробну структуру. Не можна вважати ефективним і метод «скла обростання», з допомогою якого здійснюється аналіз якісного рівня угруповань. Тоді як від точної оцінки структури та біорізноманіття ґрунтових мікроорганізмів і характеру їх взаємовідносин з рослинами значною мірою залежить ефективність управління родючістю землі.

ЗАСТОСУВАННЯ молекулярно-генетичних методів у мікробіології розширило можливості досліджень, дало змогу встановити, що мікробним системам належить первинна роль у забезпеченні здоров’я і продуктивності ґрунту. Доведено, що з допомогою мікрофлори здійснюється біологічний кругообіг речовин і енергії в ґрунті, мікроорганізми формують його родючість, утилізують рослинні рештки та інші біологічні субстанції техногенного походження, перетворюючи їх на поживні речовини, без яких неможливі ріст і розвиток рослин.

Але активне землекористування призводить до суттєвого погіршення мікробіологічних показників ґрунту. Один із шляхів розв’язання цієї проблеми – детальне та комплексне дослідження генетичних ресурсів і структури мікробного різноманіття, яке формується під час сільськогосподарського використання землі.

НА СЬОГОДНІ багато робіт щодо цього базуються на дослідженнях дезоксирибонуклеїнових і рибонуклеїнових кислот (ДНК і РНК), безпосередньо виділених із зразків різних ґрунтів із допомогою полімеразно-ланцюгової реакції (ПЛР). Національний університет біоресурсів і природокористування України є провідним у цій галузі досліджень та має власний багаторічний досвід вивчення біологічної складової ґрунтів, зокрема їхньої структури і біорізноманіття. Спільні дослідження із Всеросійським науково-дослідним інститутом сільськогосподарської мікробіології РАСГН (Санкт-Петербург), Московською сільськогосподарською академією ім. К.А. Тімірязєва, Московським державним університетом ім. М.В. Ломоносова та ін. показали, що застосування сучасних методів молекулярно-генетичного аналізу дає змогу оцінити бактеріальне різноманіття в різних ґрунтах на новому рівні, а крім цього, побачити нові генотипи ґрунтової мікробіоти, більшість із яких не виявляється з допомогою загальноприйнятих мікробіологічних методів, та встановити, що ці мікроорганізми складають метагеноміку грунту. Подібні дослідження з уживанням як традиційних мікробіологічних, так і новітніх молекулярно-генетичних методів в Україні та в світі проводяться вперше. Це, в свою чергу, відкриває перспективи вивчення екології мікробних угруповань та фітосанітарного, мікробіологічного моніторингу грунтів, дає змогу оцінити адаптивний потенціал мікрофлори грунту, створити моделі, які визначають роль мікробного комплексу в розвитку рослин, розробити методичні підходи щодо управління мікробіологічними процесами. Окрім того, знаючи ґрунтові мік­робіологічні процеси і їхню спрямованість, можна науково обґрунтовано вдосконалювати агроприйоми з метою підвищення культури землеробства. Зарубіжні вчені вивчали окремі мікроби, нам же вдалося максимально показати структуру, біорізноманітність та взаємовідносини всіх мікробів у ґрунті.

ПІД ЧАС ДОСЛІДІВ ми встановили, що навіть за сприятливих агрохімічних показників деякі культури можуть розвиватися лише в умовах сівозмін. Агрохіміки не могли пояснити цей феномен, нам же вдалося показати, як у результаті столітнього використання землі змінюється її структура на рівні так званих філів (це показник стану мікроорганізмів). Тобто відбувається збіднення, виснаження ґрунту, залишаються лише дві-три групи мікроорганізмів, стійких до токсинів.

На агростанції університету вдалося також провести дослідження, в результаті якого було виокремлено ДНК ґрунтових мікроорганізмів. Це унікальне відкриття дало змогу оцінювати вплив різних агроприйомів на стан грунту. Наприклад, на тому полі, де застосовувалися гербіциди, ДНК ґрунтових мікроорганізмів виявити не вдалося. Це означає, що гербіциди вбивають усе живе, зменшуючи кількість і якість гумусу. Отже — негативно впливають на родючість ґрунту. Ми дійшли висновку, що земля України — це величезне вмістилище генів мікроорганізмів, своєрідний генний банк, вміст якого важко осягнути. Парадокс: земля, по якій ми кожен день ходимо, бачимо, споживаємо її плоди, досі є найменш дослідженим об’єктом. Упродовж останніх десятиліть ми дуже нерозумно розпоряджалися цим безцінним капіталом, можна сказати, розтринькували його праворуч і ліворуч, навіть не підозрюючи, що позбавляємо майбутнього наших нащадків. Знання про мікросвіт ґрунту дають змогу ставитися до нього з повагою, як до рівноцінного партнера, живої істоти, а не раба, якого можна нещадно експлуатувати. Як ми будемо ставитися до землі, так і вона до нас. Потрібна нова філософія ставлення до землі.

СЬОГОДНІ ВИНИКАЮТЬ, а точніше, відроджуються ґрунтозберігаючі технології. Але більшість із них застосовується хліборобами на інтуїтивному рівні, методом проб і помилок, без наукового обґрунтування мікробіологічних процесів, які супроводжують ті чи інші агроприйоми. Слід визнати, що сучасна наука відстала від практиків органічного землеробства, бо тривалий час зосереджувалася над завданням збільшення виробництва біомаси, не піклуючись про її якість.

Зокрема, потребує детального вивчення унікальна система землеробства, створена видатним українським аграрієм Семеном Антонцем. Як спостережливий дослідник, він звернув увагу на те, що внесення органіки активізує мікробілогічні процеси, а подальше застосування сидеральних добрив сприяє зменшенню забур’яненості та кількості патогенних мікроорганізмів, які потрапляють у ґрунт разом із гноєм.

ПОДІБНИЙ ДОСВІД є і в Росії. Наприклад, академік РАСГН В.Кірюшин розробив адаптивно-ландшафтну систему землеробства, в якій, окрім органічних добрив, беруться до уваги географічне положення господарств, особливості рельєфу, освітленість, напрямок вітрів. Із урахуванням цього були створені захисні лісосмуги, застосовані інші агротехнічні прийоми.

Загалом напрошується висновок, що домогтися прориву у сфері досліджень мікробіології ґрунту можна, лише поєднавши зусилля українських та російських учених, бо ґрунтово-кліматичні умови, а також аграрні традиції обох сусідніх країн дуже подібні. Росіяни, зокрема, довели, що на якість та структуру ґрунту впливають не лише способи його обробітку, внесення хімічних засобів, а й селекція сільгоспкультур. Якщо в природі коренева система всіх рослин заселяється бактеріальною та грибною мікрофлорою, то методами класичної селекції були створені «високопродуктивні» сорти рослин, «відучені» від взаємодії з ґрунтовими мікроорганізмами. Тобто ці, з дозволу сказати, культурні рослини вбивчо діють на ґрунт та його біоту.

У зв’язку з цим хочемо висловити свою думку щодо генної модифікації рослин. Ці розробки мають право на існування. Бо, наприклад, під час звичайної селекції, яка здійснюється методом простого перезапилення, дослідник створює новий сорт, у котрий разом із потрібним, ключовим, геном переноситься і значна кількість інших, котрі невідомо як поводитимуться в новому організмі. У той же час у процесі генної модифікації можна чітко керувати процесом формування всіх якостей рослин: урожайність, вміст поживних речовин, взаємодія з ґрунтовими мікроорганізмами. Але ми переконані, що результати ГМ-досліджень поки що не можуть виходити за межі лабораторій. Той поспіх, із яким деякі світові компанії намагаються виробляти продукти з умістом ГМО, лише компрометують цю перспективну справу.

В УМОВАХ АГРОСТАНЦІЇ ми встановили, що кожна сільгоспкультура формує навколо себе певні групи мікроорганізмів і відсутність якоїсь із них створює несприятливі умови для розвитку рослини. Якщо культура два-три роки вирощується на одному полі, то накопичує навколо себе токсини, які суттєво змінюють структуру ґрунту. Дослідження мікрофлори перевертають звичні уявлення про ті чи інші агроприйоми. Наприклад, існує думка, що солома може замінити органічні добрива. Але солома – це чистий вуглець. При внесенні у ґрунт на ній починають оселятися патогени, а вуглець поглинає азот, внаслідок чого відбувається активна мінералізація. Тобто всі агроприйоми мають бути науково обґрунтовані і застосовуватися з урахуванням біологічної складової ґрунту.

А тому ми ставимо перед собою завдання з допомогою молекулярно-генетичного методу оцінити біологічну складову грунтів України в природних умовах з точки зору засобів, які застосовуються в АПК. Це дасть змогу управляти (саме управляти!) ґрунтовими процесами, скласти карту біологічного фонду ґрунтів України, обирати саме ті агроприйоми, які найменше порушуватимуть сталість ґрунтів, ефективно застосовувати мінеральні, органічні добрива та біологічні препарати, розробляти моделі впливу на біологічну функціональну спрямованість ґрунтів, створити банк даних про генетичні ресурси біоти ґрунтів, безпомилково здійснювати їх економічну і екологічну оцінку та багато іншого. Кожен дослід відкриває все нові й нові можливості цього методу.