По всьому світу знижується родючість ґрунту. У нашій країні продовжують радіти високих врожаїв і великим експорту зернових, але фактично багато країн, експортуючи сільгосппродукти, розпродають поживні речовини вітчизняних ґрунтів, які не вдається повною мірою відновлювати.
Унікальним в цьому плані є чорнозем східної Європи, який розташований в Україні з незначними відгалуженнями до Бєлгородської, Воронезької та Курської області Росії.
У чорнозему найвищий рівень природної родючості завдяки високому вмісту гумусу, суглинних механічним складом, нейтральної реакції середовища і зернисто-груднястій структурою. Якщо розім'яти в долоні грудку чорнозему, він розсипається на дрібні грудочки в 3-5 міліметрів, що нагадують зерно або гречку. Яке з цих властивостей чорнозему забезпечує високу родючість, вчені гадають досі.
Найчастіше вважається, що чорнозем виходить природним чином в ході багаторічного заміщення одних грунтів іншими. Степовий грунтовий біоценоз формується багатьма тисячоліттями. Так вважає більшість вчених. Але останнім часом цій загальноприйнятій точці зору починають формуватися альтернативні точки зору.
Причина в тому, що в багатьох країнах активно опрацьовуються технології прискореного грунтоутворення, швидкого відновлення родючості, об'єднані, найчастіше, під назвою «штучний чорнозем». Швидкість зростання штучного шару вище природного в 130 разів.
Існують чотири етапи цієї технології:
- На поверхню грунту з низькою родючістю наноситься тонкий (3-5 мм) шар активованого вугілля, в давнину це був деревне вугілля.
- Поверх нього наноситься стартовий шар чорнозему, приблизно 20 см. За наявного досвіду стартовий шар добре формувати з лісових грунтів, бажано з найменшим антропогенним впливом.
До Німеччини він часто ввозиться з перелогових земель України 1 . - У стартовому шарі створюється сприятлива для ґрунтових організмів вологісний і хімічне середовище, і він заселяється вирощеними в біореакторах корисними мікроорганізмами, а також і тваринами-землекопів (найчастіше, це - дощові черв'яки і мурахи). Мурашники розміщуються по периметру звалища, колонії черв'яків - квадратно-гніздовим способом по всьому шару.
- Проводиться посів трав і чагарників з кореневою системою, здатною формувати структуру ґрунту.
Можливі варіації етапів, деякі з них можуть бути пропущені (з міркувань економії або недоступності препаратів).
Мікроорганізми і органіка
Функція мікроорганізмів в природному грунті складається в перекладі важкодоступних форм елементів живлення в форми, більш придатні для рослин.
Основа застосування мікроорганізмів для прискореного грунтоутворення полягає в тому, що органічні залишки і мінерали (також в погано засвоюваній формі) перетворюються в форми, які легко засвоюються рослинами. У практиці вчених України та Росії, найчастіше, це - набір з чотирьох мікроорганізмів: два ґрунтових грибка (Триходерма і гломіус) і два види бактерій (псевдомонади і бацілус субтіліс).
мешканці грунту
Вносяться ці мікроорганізми в рідкій формі поливом. Для прискореного грунтоутворення застосовують азотфиксирующие бактерії 2 , Формують і консорціуми мікроорганізмів, які продукують фітогормони і регулятори росту 3 .
Іноді бактеріальним препаратом поливають поверхню тільки після появи сходів посіяних трав. Додатково використовуються речовини, що стимулюють розвиток мікроорганізмів: від відходів збагачення бурого вугілля до розчинів кормової патоки.
Один з напрямків прискореного грунтоутворення - застосування гною, торфу і компостів, а також вапнування кислих порід, спільне використання органічних, вапняних і мінеральних добрив. Гній сільськогосподарських тварин і людський кал рекомендується застосовувати тільки після термічної переробки (перегоряння), інакше він може виявитися джерелом інфекцій 4 .
Сибірський НДІ сільського господарства і торфу РАН для прискореного грунтоутворення пропонує застосовувати органоминеральное добриво, до складу якого входять адаптовані до місцевих умов мікроорганізми, торф, гумінові кислоти, азотні, фосфорні та калійні добрива 5 .
В одному варіанті до складу препарату входять мікроводорості, грунтові грибки, гній худоби і послід птахів, гумінові кислоти і хітозан. Остання речовина, найчастіше отримується з хітину комах, дуже важливо для формування груп позитивно заряджених іонів.
Часто практикується внесення азотних добрив 6 , Гуматов і препаратів на основі торфу. Завдяки їм зростає чисельність мікроорганізмів, зокрема, тих, що руйнують органічні залишки 7 .
Черви і мурахи
Принциповим для прискореного грунтоутворення є застосування дощових черв'яків, вирощуваних спеціально для цього процесу. У Росії виведені чотири генетичних лінії дощових черв'яків, найбільш поширені черви генетичної лінії «старатель» володимирській селекції.
Дощові черв'яки в грунті
Дощові черв'яки створили половину біомаси Землі (в середньому), а в лісах їх частка - 72% загальної біомаси тваринного світу. Весь родючий шар ґрунту на Землі пройшов через шлунок черв'яків. У природному середовищі існування щільність черв'яків становить в середньому 120 особин на 1 кв. метр (в біомасі - 50 г на 1 кв. метр). Для прискореного грунтоутворення ця щільність повинна бути на старті локально збільшена в п'ять разів.
Вирощуванням дощових черв'яків займається безліч фірм по всьому світу. Відомі експерименти, коли спільно з дощовими хробаками застосовують грунтові грибки, переважно Триходерма і гломіус 8 . Взаємодія їх з хробаками двостороннє і багатопланове.
Черви використовують грибки як антидот, перешкоду від захворювань, грибки використовують для свого росту продукти життєдіяльності черв'яків (капроліти).
Грунтоутворення з використанням мурах складається з її перемішування, зміни механічного та хімічного складу. Перемішування йде під час риття ходів, що поліпшують аерацію коренів рослин і умови життєдіяльності аеробних бактерій.
Ходи мурахи будують постійно, протягом всього часу життя мурашника. Вони удобрюють землю своїми екскрементами, піднімають частинки землі з нижніх горизонтів на поверхню.
Мурахи дроблять залишки коренів та іншу органіку, що полегшує подальше розкладання її мікроорганізмами. Багато видів мурах збирають органічні залишки в мурашниках. А це призводить і до концентрації мікроорганізмів, які її переробляють, а більш висока температура всередині мурашника активізує їх діяльність і прискорює розкладання органіки в десятки разів.
Найбільш підходять для прискореного грунтоутворення руді лісові мурахи. Їх мурашники стимулюють розвиток кореневої системи трав, чагарників і дерев. Травостій навколо мурашників вище в 5-8 разів, ніж зазвичай. Чим більше мурашників, тим краще ростуть сосни та інші хвойні дерева. За кордоном (у Німеччині - особливо) розведення рудих мурах і їх розселення вже поставлені на потік.
У мурашниках зосереджуються і інші мешканці, які беруть участь у розвитку грунтового ценозу: кілька сот видів безхребетних, бактерії, що прискорюють процес гуміфікації, а також збагачення середовища калієм, азотом, фосфором, магнієм в доступних для рослин формах.
Трави, чагарники і дерева
Підбір рослин для рекультивації грунтів являє собою складну проблему в тому сенсі, що вони повинні бути районовані, мати потужну кореневу систему і швидко рости. 9
чорнозем
У багатьох регіонах РФ застосовуються виключно методи лісової і сільськогосподарської рекультивації, найчастіше, вирощують сосну або чорний тополя. Але іноді дослідники і практики йдуть від монокультури і вирощують комплекс доброзичливих один до одного рослин, іноді до 38 10 . Часто посадка чагарників або дерев супроводжується посівом сидератів або злаково-бобової суміші трав. Роблять це або одночасно, або навесні наступного року після осінньої посадки чагарників і дерев.
За кордоном найактивніше використовується рогіз широколистий, в Росії і Україні його називають очеретом. Рогіз розмножується і поширюється переважно насінням, що спрощує його поширення при організації осіннього збору качанів.
Технології розмноження рогозу поки тільки складаються і чекають нових допитливих дослідників і експериментаторів. Існують і особливі, спеціально складені суміші насіння трав, що стимулюють прискорений розвиток грунтового біоценозу.
Штучний чорнозем?
Тепер спробуємо відповісти на питання: «Чи можливо було створення український чорнозем е мов людьми? ». Або він дійсно виходив протягом багатьох тисячоліть приблизно таким же чином, що і описаний вище. Адже для всіх перерахованих операцій особливих наукових знань не було потрібно.
Виявляється, в давні часи чорнозем вміли створювати індіанці Південної Америки. Визнано, що весь чорнозем Південної Америки штучного походження.
Знімок з літака
древніх «піднятих полів»
Цю давню технологію зараз вдосконалили настільки, що в Німеччині на майже позбавленої гумусу землі отримують на третій рік звичайний для природного чорнозему шар більш, ніж в 60 см.
Але як же древні жителі Латинської Америки зуміли застосовувати технологію, яку в даний час тільки-тільки почали розвивати практично «з чистого аркуша»?
Спочатку розберемося з теоріями походження українського чорнозему.
Їх три: морська, болотна і рослинна.
Прихильники першої посилаються на раковини, які знаходять іноді в чорноземі. Друга ґрунтується на тому, що чорнозем природним чином виходить з перепрілого торфу. Відповідно до третьої, найбільш поширеною, чорнозем вийшов в результаті перетворення рослинністю «материнських грунтів», перш за все, лесу.
Цій теорії дотримувався і видатний учений-грунтознавець Василь Васильович Докучаєв (1846-1903). Але він відзначав, що замикатися тільки на одному виді материнської основи було б неправильно, оскільки, наприклад, леси Китаю або Середньої Азії не перетворилися в чорнозем природним чином. Сама ця винятковість наводить на думку, що тут цілком ймовірно штучне походження чорнозему.
У 2005 році вийшла книга, яка спростовує панувала концепцію, згідно з якою заселення Америки йшло виключно через Берингову протоку приблизно 20-25 тисяч років тому і що це були дикі племена, які в принципі не могли вплинути на навколишнє середовище 11 .
Сумніви в цій концепції викликало сільське господарство стародавньої Америки, культурами і технологіями якого користується весь світ і без яких (кукурудза, томати та інші) людство б не вижило.
Бригада американського вченого
Кларка Еріксона відтворює давню
технологію виробництва штучного
чорнозему
Частина цих технологій - штучний чорнозем, який по-португальськи називається terra preta. За оцінками професора Пенсільванського університету Кларка Еріксона, тільки в басейні Амазонки проживало не менше 6 млн осіб, яких потрібно було годувати. (Для порівняння - в 1400 році населення Франції було всього лише вдвічі більше).
К. Еріксон довів, що економічною основою для цієї втраченої цивілізації було збільшення родючості грунту через вирощування штучного чорнозему. Про це свідчило високе наявність в ній активованого вугілля.
На відміну від грунтів басейну Амазонки, більшість сільськогосподарських угідь світу містить іонізовані оксиди і солі, які утримують на своїй поверхні органіку. Це полегшує вирощування рослин, яким потрібні органічні речовини.
Відомо, що поширені повсюдно силікатні глинисті грунти сильно іонізовані, що і забезпечує прилипання органіки до частинкам цієї грунту. Потрібно відзначити, що чорнозем хімічно нейтральний, він і не кислий, і не лужної.
На жаль, подібні грунту в басейні Амазонки відсутні, тому, якби не втручання людини, основна частина органічних речовин вимивалася б дощами. А адже кукурудза вимагає поживних речовин більше, ніж, наприклад, пшениця або ячмінь. Додатковим аргументом для вчених було те, що в шарі активованого вугілля terra preta на поверхні частинок вугілля вони виявили високу частку іонізованих молекул 12 . Так що активоване вугілля не тільки підвищував вміст вуглецю, а й забезпечував прилипання (адгезію) тієї органіки, яка виходила внаслідок розкладання рослинних залишків. Цим штучний чорнозем відрізнявся від природного, в якому частіше зустрічаються неперегнівшіх залишки коренів.
При змиві органіки грунт стає непридатною для рослинництва. Причому безглуздим стає навіть застосування хімічних добрив, їх теж змиє 13 .
Активоване (деревне) вугілля виходив древніми американцями при спалюванні деревини і рослинних залишків без доступу повітря. Як відомо, деревина складається з целюлози і лігніну. При цьому виді спалювання доступ кисню обмежений, і замість згоряння обидва цих компонента руйнуються так, що залишається вільний вуглець.
Цей процес вчені зараз називають низькотемпературним піролізом. Одержуваний активоване вугілля будь-хто з читачів міг бачити в залишках багаття.
Жителі стародавньої Амазонії вели піроліз, спочатку вирубуючи дерева, а потім засипаючи їх шаром землі, з тим, щоб обмежити доступ кисню при горінні. Виходили гряди землі, які в протипожежних цілях поділялися каналами з водою. Ці технології сучасним дослідникам вдалося в даний час відтворити 14 .
У США, в штаті Джорджія навіть створена спеціалізована компанія Eprida Inc, яка вирощує чорнозем на багатих залізом червоних грунтах. Досягненням в компанії вважають отримання ними шару чорнозему завтовшки 16 см за 110 днів 15 .
Відтворення стародавньою технологією виходить далеко за рамки історичної реконструкції. Ніхто не буде, наприклад, регулярно повторювати подорож Тура Хейєрдала на плоту «Кон-Тікі». Технологія отримання штучного чорнозему принципово важлива для зниження обсягів використання хімічних добрив. Крім того, вуглець, закопаний в землю, різко знижує вміст вуглекислого газу в атмосфері, а, отже, уповільнює глобальне потепління.
Багато вчених схиляються до того, що і тропічні ліси на берегах Амазонки (rainforests) не з'явилися б без втручання людини. Хтозна, можливо, і родючі українські степи рукотворні. Чим не поле для досліджень майбутнього біологу і історику?
1 Розмови про масове вивезення чорнозему в Німеччину під час Другої світової війни останні дані не підтверджують. Було, дійсно, сформовано кілька ешелонів, але частина їх розбомбили, а частина так і не була відправлена.
2 Пшеничников Р.А., Нікітіна Н.М. Отримання концентрованої біомаси ряду грунтових бактерій для прискореного мікробного методу рекультивації шахтних відвалів // Прискорена рекультивація земель з використанням високоефективної біотехнології: зб. науч. тр. - Перм, 1988. - С. 23-29.
3 Чекасіна Є.В., Єгоров І.В. Біологічна рекультивація порушених земель // Екологія і промисловість Росії. - 2002. - С. 31-33.
4 Кожевников Н.В., Заушінціна А.В. Проблема прискореного грунтоутворення в рекультивації порушених земель // Вісник Кемеров. держ. ун-ту. - 2015. - № 1-2 (61). - С. 26-29.
5 Патент 2365077 РФ, МПК А01В 79/02. Спосіб рекультивації порушених при видобутку вугілля земель / Сисоєва Л.Н., Алексєєва Т.П., Бурмістрова Т.І. [та ін.]. - Патентовласник ГНУ СІБНІІСХІТ СО РАСГН. - № 2008109426/12; заявл. 11.03.2008; опубл. 27.08.2009.
6 Для сибірських умов найкраще працює препарат Фітоспорт розробки МДАУ, який призначений не стільки для рослин безпосередньо, скільки для бактерій, які фіксують азот.
7 Середина В. П., Андроханов В. А., Алексєєва Т. П., Сисоєва Л. Н., Бурмістрова Т. І., Трунова Н. М. Екологічні аспекти біологічної рекультивації грунтів техногенних екосистем Кузбасу // Вісник Томського державного університету. Біологія. - 2008. - № 2. - С. 61 - 72.
8 Ganihar SR Nutrient Mineralization and Leaf Litter Preference by the Earthworm Pontoscolex corethrurus on Iron Ore Mine Wastes // Restoration Ecology. - 2003. - № 11 (4): P. 475-482.
9 Макєєва Н.А. Оцінка продукційних процесів вівса в умовах внесення гуматів калію і натрію на породний відвал // Сучасні проблеми науки та освіти. - 2014. - № 6.
Макєєва Н.А. Вивчення впливу гуматів натрію на динаміку зростання вівса в умовах породного відвалу вугільного розрізу // Там же.
10 Красавін О.П., Хорошавин А.Н., Катаєва І.В. Біотехнологічні аспекти рекультивації земель // Прискорена рекультивація земель з використанням високоефективної біотехнології: зб. науч. тр. - Перм, 1988. - С. 5-14.
11 Mann CC1491: New Revelations of the Americas Before Columbus, Knopf, 2005.
12 Так звані карбоксилатні групи з'єднань.
13 Michalovic M. Ancient Soil Chemists of the Amazon, ChemMatters 2009, February, p. 7-9
14 Glaser B .; Woods WI Amazonian Dark Earths: Explorations in Space and Time, Springer, New York, 2004.
15 Lehmann J. et al. (Eds) Amazonian Dark Earths: Origin, Properties, Management, Kluwer, Dordrecht, 2003.
Ю.П. Воронов, кандидат економічних наук, член редколегії журналу «ЕКО»
Штучний чорнозем?Але як же древні жителі Латинської Америки зуміли застосовувати технологію, яку в даний час тільки-тільки почали розвивати практично «з чистого аркуша»?
Чим не поле для досліджень майбутнього біологу і історику?