Почвенная биота и сельское хозяйство: влияние на здоровье экосистем

Эволюция сельского хозяйства и ее экологические последствия. За 10 000-летнюю историю сельского хозяйства человечеству в значительной степени удавалось прокормить растущее население планеты. Особенно за последние полвека стремительная технологическая революция позволила фермерам во многих регионах заметно увеличить общую урожайность сельскохозяйственных культур. Эта интенсификация сельского хозяйства основывалась на новых технологиях, включая сельскохозяйственные химикаты, передовую механизацию и сложную селекцию растений. К сожалению, такая модель часто приводит к значительным экологическим потерям из-за чрезмерной эксплуатации ресурсов, практик, вызывающих деградацию почв, и нерационального управления природными ресурсами.

В отличие от интенсивных систем, экстенсивное сельское хозяйство с низкими затратами остается широко распространенным во многих частях мира. Эти системы, как правило, являются мелкомасштабными, трудоемкими и используют относительно простые технологии. В условиях растущего демографического давления возможность восстановления плодородия почв с помощью традиционных паровых периодов значительно уменьшается. В конечном счете, неправильные методы ведения сельского хозяйства как в интенсивных, так и в экстенсивных системах могут привести к серьезным последствиям для окружающей среды, экосистем, здоровья людей и экономики, создавая порочный круг деградации земель.

Негативные последствия неустойчивых сельскохозяйственных практик. Негативные последствия неустойчивого землепользования многогранны и взаимосвязаны. Основным следствием является серьезное ухудшение качества почвы, проявляющееся в усилении эрозии, истощении органического вещества, снижении плодородия, засолении и уплотнении, что приводит к снижению продуктивности земель. Кроме того, загрязнение почвы и водных ресурсов происходит из-за чрезмерного использования удобрений и неправильной утилизации отходов животноводства. Неизбирательное применение пестицидов и химических удобрений также приводит к росту проблем со здоровьем людей и экосистем.

Методы ведения сельского хозяйства приводят к существенной утрате биоразнообразия на многих уровнях. Это включает сокращение числа культивируемых видов в коммерческих целях и исчезновение местных сортов, что ведет к потере ценных адаптивных признаков. Это усугубляется потерей функционального биоразнообразия, которое обеспечивает ключевые экосистемные услуги, такие как опыление, круговорот питательных веществ и биоконтроль вредителей. Нерациональные методы орошения приводят к засолению почв и истощению запасов пресной воды, в то время как интенсивная обработка почвы и подсечно-огневые методы нарушают фундаментальные физико-химические и биологические процессы в почве.

Фундаментальная роль почвенной биоты в функционировании экосистем. Научное понимание того, что сложные процессы, происходящие в почвенной биоте, оказывая глубокое влияние на здоровье экосистемы, качество почвы и динамику почвенных патогенов, является бесспорным. Эти биологические процессы непосредственно влияют на качество сельскохозяйственных культур и урожайность. За последние десятилетия исследователи раскрыли специфическую роль различных почвенных организмов в регулировании плодородия почвы и продуктивности растениеводства. Хотя многие взаимодействия, особенно между наземной и подземной биотой, остаются малоизученными, многочисленные примеры иллюстрируют их воздействие на сельское хозяйство. Основные экосистемные услуги, предоставляемые этими организмами, подробно систематизированы (см. Таблицу 3.2).

Функциональные группы почвенных организмов и процессы разложения. Ключевой функцией почвенных организмов является разложение и круговорот органических веществ. Фермеры вносят на поля такие материалы, как растительные остатки, навоз и компост, которые служат источниками питательных веществ. Почвенная биота преобразует эти вещества в энергию и доступные растениям питательные элементы. Деструкторы являются ключевыми организмами, ответственными за эти фундаментальные процессы. Эта разнообразная функциональная группа включает в себя несколько основных категорий, каждая из которых играет уникальную роль в процессе разложения.

Микрофлора, включающая определенные бактерии и грибы, выступает в роли первичных разлагателей, перерабатывая сложные органические вещества в более простые соединения. Микрофауна, включая простейших и нематод, питается этими микробами, усваивая их ткани и выделяя минеральные питательные вещества. Мезофауна, такая как клещи (Acari), ногохвостки (Collembola) и энхитреиды (Enchytraeidae), расщепляет растительный опад и регулирует микробные сообщества через свою трофическую деятельность. Более крупная макрофауна, включая муравьев, термитов и дождевых червей, перемешивает и заделывает органические вещества в почвенный профиль, улучшая доступность ресурсов для микрофлоры.

Значение гумуса и выводы для устойчивого сельского хозяйства. Ключевым результатом процесса разложения является образование гумуса — стабильной фракции органического вещества почвы (см. раздел 2.3). Гумус действует как долговременный резерв плодородия почвы и необходим для формирования стабильной структуры почвы и регулирования водного режима. В сельском хозяйстве почвенные организмы непосредственно способствуют повышению урожайности, минерализуя органическое вещество и высвобождая запасы жизненно важных элементов питания для роста растений. Таким образом, сохранение и усиление активности почвенной биоты через внедрение устойчивых практик (например, севообороты, сидерация, сокращение обработки) является фундаментальной основой для обеспечения продовольственной безопасности и здоровья агроэкосистем в долгосрочной перспективе.

Сведения об авторах и источниках:

Авторы: Rebekka Artz, The Macaulay Land Use Research Institute, UK Dimos Anastasiou, Bio4met, Greece Dominique Arrouays, L’Institut National de la Recherche Agronomique, France Ana Catarina Bastos, Cranfield University, UK Anna Bendetti, Istituto Sperimentale per la Nutrizione delle Piante

Источник: European Atlas of Soil Biodiversity

Данные публикации будут полезны студентам и аспирантам биологических и экологических специальностей, почвоведам, экологам-практикам, а также всем, кто интересуется основами почвенного биоразнообразия и функционирования наземных экосистем.