Агробиология и почвоведение: тайная жизнь поля

Что происходит в почве

Растения, грибы и другие почвенные обитатели образуют ризосферу (от древнегреческого слова ῥίζα — «корень») — тонкий слой земли вокруг корней, где растения и микроорганизмы активно обмениваются разными веществами, иногда «торгуют», иногда враждуют, иногда выживают сообща. Там, в ризосфере, происходят по-настоящему драматичные процессы.

Грибные помощники: микориза

Подосиновик не просто так растет под осиной: у гриба с деревом настоящие крепкие отношения, про которые мало кто знает. Они образуют микоризу — объединение корней растения с гифами гриба.

Гифы — это тонкие нити, состоящие из клеток гриба, любой гриб целиком состоит из этих нитей.

Зачем это нужно растению? Оно умеет делать углеводы из света, воздуха и воды, а точнее, природной «минералки» — воды с растворенными в ней минеральными веществами, которые жизненно необходимы растению. Но вот расти иногда приходится на твердой, тяжелой, сухой, бедной на питательные вещества почве. Тогда растение практически полностью доверяет грибу свое снабжение водой, тем более что его нити-гифы тоньше — они могут добраться туда, куда корни просто не достают.

Растениям куда легче брать «минералку» из разветвленной системы грибных гиф, объединенной с корнями. Иногда от эффективности этого союза напрямую зависит само существование растения. И в этом есть логика: суммарная площадь гиф гораздо больше, чем площадь даже самых разросшихся корней. А что получает гриб? Растение взамен делится с ним своими углеводами.

Но обмен ресурсами — это еще не все. Микориза работает как глобальная сеть — не интернет, конечно, но что-то близкое. Через эту сеть соединяются отдельные растения (даже разных видов!), иногда целые поля, рощи и леса — так грибы вместе с растениями образуют гигантские единые организмы, которые внутри себя обмениваются водой, углеводами и химическими сигналами, смысл которых ученым еще предстоит раскрыть.

Наконец, грибы «прибираются» в почве: они разлагают растительные остатки (травинки, стебли и тому подобное) и превращают их в гумус — основное органическое вещество почвы, самую богатую, самую питательную, самую комфортную ее часть для растений. То есть грибы возвращают все те же минеральные вещества обратно в землю. Это напрямую способствует улучшению ее здоровья и структуры: она становится легче, пористее, мягче и лучше удерживает воду. А еще грибы выделяют токсины, которые уничтожают бактерий и других незваных гостей.

Микробы, которые кормят растения

Помимо грибов ризосферу населяют бактерии. Ролей у них множество: они снабжают растения полезными веществами, участвуют в передаче сигналов, защите, метаболизме, а также помогают расщеплять сложные питательные соединения.

Метаболизм — это химические реакции в организме, которые обеспечивают его жизнь, — проще говоря, это процесс превращения еды в энергию и использование ее для функционирования организма.

Роль дождевых червей и других беспозвоночных

Кроме бактерий и грибов в ризосфере живут обитатели и покрупнее. В первую очередь это разнообразные беспозвоночные — например, всем знакомые дождевые черви.

Просто ползая по своим делам, они делают ее более пористой, легкой и влажной. При этом черви и другие беспозвоночные едят отмершие листья, кусочки корешков и вообще любые растительные остатки. А их экскременты… Правильно, становятся гумусом!

Как растения «общаются» с микробами

Грибы, растения, беспозвоночные животные — казалось бы, как вообще возможна коммуникация между настолько разными организмами? Ладно еще микориза (связь корней растений с грибами) — по гифам, оплетающим корни, а иногда и напрямую врастающим в них, хотя бы можно передавать растворенные химические вещества. Но и у остальных участников диалога все дело в химии! Точнее, в химической сигнализации.

На стадии сближения гифы гриба и корешки растений сообщают друг другу о своем присутствии, выделяя в почву разнообразные специфические соединения: сахара, кислоты и другие. Растения выделяют вещества, которые привлекают бактерии или сообщают о том, что рядом опасность. Некоторые вещества обманывают и сбивают с толку вредителей. Злаки отлично владеют химической сигнализацией: например, еще в 2020 году обнаружили, что пшеница умеет вырабатывать вещество, похожее по действию на феромоны круглых червей. Оно воздействует на мозг червя, сообщает ему, что еды здесь нет, и он... уползает, не навредив корням растения.

В ответ на растительные послания остальные обитатели почвы, например бактерии или черви, тоже могут выделять определенные молекулы и отправлять свой ответ. Так что общение под землей идет постоянно.

Почвенная жизнь на службе у агронома

Зная, как живые организмы влияют на почву и друг друга, мы можем использовать некоторые подходы, которые помогут защищать и восстанавливать землю и получать из нее как можно больше урожая. Что это за подходы?

Один из самых основных — севооборот. Это чередование культур на одном поле: сначала выращивается основная плодородная культура, а после сбора урожая поле засевают так называемой покровной культурой. Она нужна, чтобы улучшить почву и дать ей восстановиться. Чередование увеличивает разнообразие почвенных бактерий и других микроорганизмов, дает время накопить полезные вещества на территории поля.

Помимо «жонглирования» разными культурами, можно использовать микроорганизмы напрямую. Внесение полезных бактерий помогает растениям усваивать азот, а еще снижает потребность в химических удобрениях.

Существуют и биопрепараты из бактерий Bacillus subtilis или Trichoderma harzianum. Они массово выращиваются в лабораториях, а потом высушиваются и отправляются в виде порошка (иногда — жидкостей) на рынок. Эти бактерии защищают растения от других, опасных микробов и помогают усваивать минеральные вещества из почвы.