CC BY
11Вестник защиты растений, ,3, 2009
3
УДК 631.51(470+571)
АКТУАЛЬНОСТЬ РАДИКАЛЬНОГО УЛУЧШЕНИЯ КАЧЕСТВА ПОЧВ РОССИИ М.С. Соколов,* Ю.Л. Дородных,* А.И. Марченко**
*Российская биотехнологическая корпорация - ООО "Биоформатек", Москва;
Ъioformatec h@mail. ги **Научно-исследовательский центр токсикологии и гигиенической регламентации биопрепаратов, Серпухов, toxic@online.stack.net
Обсуждаются актуальность разработки и основные задачи научной концепции национальной программы "Радикальное улучшение качества почв России". Приводятся примеры деградированных почв. Рассматриваются принципы восстановления и оздоровления почв различных земельных территорий (угодий). Констатируется, что высококачественная плодородная и здоровая почва агроценозов, характеризуемая оптимальным биоразнообразием, высокой самоочищающей способностью и супрессивностью - неотъемлемое условие получения нормативно чистого, программируемого урожая.
"Патология почв, их деградация, физическое разрушение почвенного покрова - это патологическое поведение человека и самоубийство человечества. Эти явления должны быть исключены в окружающей человека среде с помощью современной развитой науки, разумной техники, сознательной дисциплины и максимальной биологизации всех ландшафтов планеты".
В.А. Ковда, 1989
1. Улучшение качества и оздоровление почвенных ресурсов России - атрибут реализации концепции устойчивого развития. В соответствии с рекомендациями международных экологических форумов в Рио-де-Жанейро (1992 г.) и Претории (2002 г.) реализация мировым сообществом концепции устойчивого развития (базирующейся на гармонизации взаимоотношений человека с природой) предполагает разработку Национальных программ по поддержанию здоровья окружающей среды (то есть экосферы). России это обеспечит улучшение здоровья народонаселения, рост его благосостояния, экологическую и продовольственную безопасность (Захаров, 2000). Земельным ресурсам и, в частности, почве в этой программе должно принадлежать ведущее место, поскольку почва выполняет общепланетарную средообразую-щую роль. Обладая как имманентный компонент наземной экосистемы экологической устойчивостью, почва стабильно обеспечивает потенциальную биопродуктивность наземных экосистем и их непрерывное функционирование в качестве
глобального источника (и резервуара) биофильных элементов. Это в конечном счете определяет и условия экологического благополучия самого человека.
Земельный фонд РФ (на 01.01.07) составляет 1709.8 млн га, в т.ч. земли сельскохозяйственного назначения - 402.6 млн га, сельскохозяйственные угодья -220.6, пашня - 122.6 млн га (Проблемы деградации..., 2008). Большая часть земельных угодий России является государственной (федеральной и муниципальной) собственностью, сдаваемой в аренду. Поскольку площадь пригодных для освоения земель постоянно снижается, а потребность в них для селитебных (поселенческих) и промышленных нужд непрерывно растет, стоимость экологичных, рентабельных земельных участков постоянно увеличивается. Исключением являются деградированные земли - нарушенные, загрязненные, инфицированные и малопродуктивные, характеризующиеся низким бонитетом. Такие угодья остаются невостребованными.
Загрязненные, "больные" и "утомленные" почвы удается восстановить лишь с
помощью комплекса ремедиационных (оздоровительных) мероприятий. При этом использование химических пестицидов либо вообще исключено, либо существенно ограничено. Оздоровительные мероприятия и специальные технологические приемы включают применение таких экологичных средств, как полифункциональные биопрепараты, косубст-раты, сорбенты, индукторы супрессивно-сти, культуры-исключатели и/или гипераккумуляторы, биоудобрения и др. В случае, если деградированные, "больные" почвы из-за нерентабельности превратились в бросовые ("бедленды", свалки), то, как правило, они не поддаются лечению и нейтрализовать их негативные свойства возможно лишь высокозатратными приемами "хирургии".
Оздоровление почв, реализация комплекса мероприятий по профилактике их деградации и почвоутомления - актуальнейшая общегосударственная проблема. В ее решении должно быть заинтересовано общество в целом, наши законодатели и администраторы всех рангов (а не только природоохранной и агропромышленной сфер). Очевидно, что исполнителями соответствующей среднесрочной межотраслевой Программы "Радикальное улучшение качества почв России" (первый этап которой нами определен в 4-5 лет) должны выступать НИУ разных академий и ведомств, независимые инновационные компании и организации, а в качестве заказчика - Правительство России и частный бизнес. При этом, конечно, должен и неуклонно осуществляться принцип "Загрязнитель платит"!
2. Деградация почв России и возможности их оздоровления. В настоящее время деградация почв - важнейшая социальная проблема, создающая угрозу экологической, экономической и национальной безопасности России (Проблемы деградации..., 2008). Мировой масштаб ежегодных потерь почвенных ресурсов впечатляет: его оценивают величиной порядка 17 млн га! (Структурно-функциональная роль., 2003). Наибольший ущерб почвам наносят эрозия, локальное переувлажнение, засоление, де-
Вестник защиты растений, ,3, 2009 гумификация, захламление отходами производства и потребления, заселение токсигенными микробами и другими вредными организмами, загрязнение канцерогенными и иными опасными для здоровья веществами - суперэкотокси-кантами (гептил, хлордиоксины), стойкими нефтепродуктами (ПАУ) и галоидсо-держащими пестицидами, техногенными радионуклидами (ТРН), тяжелыми металлами (ТМ) и токсичными элементами (ТЭ), а также отходами социумов, промышленности и животноводческих комплексов. Деградированные почвы во многом утратили природную микрофлору, свойственные ей разнообразие и функции. Такие почвы не способны к самоочищению, азотфиксации, мобилизации элементов питания. Следствием деградации почв является утрата земельными и лесными угодьями рекреационных функций, невозможность использования их для создания и обустройства селитебных и тем более рекреационных территорий, значительный недобор с таких земель растениеводческой и лесной продукции, ухудшение ее качества и, что немаловажно, загрязнение сопряженных сред -атмосферы, поверхностных и грунтовых вод.
Так, на месторождениях Западной Сибири только за три года (1995-1997 гг.) зарегистрировано до 40 тыс. аварий со значительными разливами нефти, следствием чего является масштабное загрязнение почвенно-растительного покрова и аккумуляция нефтепродуктов в почве. Из 18 млн га почв населенных пунктов вокруг промышленных комплексов (и прилегающих зон) по загрязнению тяжелыми металлами около 12% земель отнесены к категориям чрезвычайно опасного и опасного загрязнения. При этом отмечено многократное превышение ПДК по кадмию, свинцу, цинку, хрому, меди. Загрязнение земель хлордиоксина-ми зафиксировано в ряде городов Подмосковья, Уфе, Чапаевске и др. Наибольшее загрязнение почв пестицидами (из-за нарушения технологий внесения) обнаружено в садах и лесах рекреационных зон Иркутской, Новосибирской и
Вестник защиты растений, ,3, 2009 Курганской областей (Государственный доклад., 1998).
В результате несовершенства технологий в НПО "Конденсатор" (г. Серпухов Московской обл.) почва в окрестностях предприятия в сильной степени загрязнена высокотоксичными полихлориро-ванными бифенилами (ПХБ). Несмотря на прекращение использования этих соединений в течение последних 20 лет, примерно 30% городских почв содержат ПХБ на уровне 10-50 ОДК и свыше 20% территории (в радиусе 350-500 м) >50-100 ОДК. Из-за отсутствия системных мероприятий по оздоровлению почвы от ПХБ проблема аномально высоких концентраций этих поллютантов в почвенном покрове г. Серпухова по-прежнему сохраняется (Государственный доклад., 2003).
Радиоактивное загрязнение сельскохозяйственных угодий 137Cs, обусловленное аварией на Чернобыльской АЭС, только в четырех областях РФ (Брянской, Тульской, Орловской и Калужской) превышает 3.3 млн га. Очаги земель, загрязненных ТРН, выявлены в Москве, Санкт-Петербурге, Екатеринбурге, Норильске, Иркутске и других городах. Вследствие аварии на ЧАЭС радиоактивному загрязнению 137С подвержен лесной фонд РФ на площади свыше 1.2 млн га, а с учетом Уральской аварии ->1.4 млн га. В течение последних 10 лет плотность радиоактивного загрязнения этой территории не снижается (Государственный доклад., 2006; Доктрина., 2008). В то же время, превышение допустимых уровней удельной активности ТРН в пищевых и кормовых ресурсах фиксируется уже при плотности загрязнения почвы 137Cs >0.5 Ки/км2, 9С^г >0.1 Ки/км2.
В последние десятилетия из-за перехода к "коротким" севооборотам или их отсутствия отмечено практически повсеместное накопление инфекционного начала возбудителей корневых гнилей в почвах сельхозугодий. При возделывании, например, пшеницы и других зерновых культур на почвах, в высокой степени заселенных фитопатогенами, зем-
лепользователи ежегодно недополучают 15-20% (или 6-8 ц/га) урожая зерна. Следствием этого является систематический недобор страной зерновых и других экономически значимых культур. Это одна из причин отставания прироста валовой продукции сельского хозяйства от темпов увеличения ее импорта и обеспечения населения России основными продуктами питания существенно ниже медицинских норм (Государственный доклад., 2003).
Мировая и российская наука располагают апробированными, эффективными и экологичными средствами оздоровления почв, защиты их от деградации, а также способами реутилизации отходов. Применение отечественных микробных биопрепаратов на основе продуцентов регуляторов роста растений, супрессоров фи-топатогенов, микробных инсектицидов и зооцидов, азотфиксаторов, мобилизато-ров фосфатов, индукторов стрессоустой-чивости растений, деструкторов нефтепродуктов, стойких пестицидов и других хлорорганических соединений (в т. ч. входящих и в так называемую "грязную дюжину"), а также биокомпостирование загрязненной почвы in situ - это общепринятые в мировой практике средства лечения "больных" почв. Однако из-за бедственного положения российской науки и отсутствия в стране независимых внедренческих структур в последние два десятилетия подобные инновационные разработки несмотря на имеющийся задел практически не осваиваются и не реализуются.
Чтобы переломить ситуацию, независимая Российская биотехнологическая корпорация (РБК), имеющая положительный опыт в реализации инноваций в сфере ландшафто- и почвоулучшения, готова координировать эту работу. РБК опирается на передовую отечественную и мировую природоохранную методологию, представляющую несомненный практический интерес для России.
3. Концепция формирования качества и здоровья почвы, ее развитие. Концепция разрабатывалась в течение ХХ в. учеными разных стран, в т.ч. б. СССР
(Ковда, 1990). Как методологическое практическое руководство к действию концепция качества почвы сформулирована и официально одобрена американским обществом почвоведов (Karlen, Ditzler, Andrews, 2003). Она принята также учеными стран ЕС и интенсивно адаптируется ими (Microbiological Methods., 2006; Janvier C. et al., 2007). Эксперты МСХ США считают, что высококачественная почва должна отвечать всем основным требованиям конкретного землепользователя. Важнейший атрибут качества почвы - ее здоровье - американские коллеги определяют как ".способность в течение длительного времени функционировать в качестве компонента наземной экосистемы, обеспечивая ее биопродуктивность и поддерживая качество воды и воздуха, а также здоровье растений, животных и человека" (Doran, Sarrantonio, Liebig, 2003). Близкое определение дают и отечественные исследователи (Кожевин, 2001).
Мы полагаем, что реальная биопродуктивность здоровой почвы и как компонента устойчивого биогеоценоза (точнее педоценоза), и наземных экосистем -симбиотическое сообщество фитоценоза и педоценоза (Керженцев, 2006) - наряду с плодородием определяется ее экологической устойчивостью. Последняя проявляется как самоподдерживаемая, саморегулируемая и самоочищающая способность почвы в отношении вредных для биогеоценоза стресс-факторов как абиотических, так и биотических. Именно экологическая устойчивость почвы как ингредиента наземной экосистемы обеспечивает ее "безвредность" для человека, почвенной и наземной биоты, экологич-ность биопродукции, незагрязненность сопряженных с почвой водной и воздушной сред, а также, что немаловажно -минимизацию расхищения продукции вредными организмами и ее порчи в период хранения.
Здоровье природной почвы реализуется посредством нескольких функций ее биоты, в числе которых: а) оптимально-сбалансированное разнообразие аборигенной биоты педоценоза, характеризуе-
Вестник защиты растений, ,3, 2009 мое широкой функциональной активностью, специфической структурой, биомассой, численностью и иными атрибутами ее доминирующих групп; б) самоочищение от загрязняющих веществ, реализуемое преимущественно органо-трофными микроорганизмами-деструкторами биотрансформацией и/или со-окислительной деградацией органических загрязняющих веществ, а также сорбцией неорганических поллютантов (ТМ, ТЭ, ТРН) почвенно-поглощающим комплексом; в) супрессия аборигенными сапротрофными микробами-антагонистами, а также бактериофагами, хищными простейшими и др. фитопатогенной, патогенной (сальмонелла и др.) и условно патогенной (БГКП, энтерококки) микрофлоры, а также санитарно-показатель-ной микро- и мезофауны (патогенные для человека простейшие, гельминты, насекомые).
Можно констатировать, что высококачественная почва муниципальных, рекреационных и промышленных территорий, лесо- и сельскохозяйственных угодий - это плодородная и здоровая почва, характеризующаяся оптимальным биоразнообразием, обладающая самоочищающей способностью в отношении приоритетных поллютантов и супрессивная в отношении вредных организмов. Поэтому применительно к агроценозам только высококачественная их почва (плодородная и здоровая) в состоянии регулярно обеспечивать получение экологичного (нормативно чистого), программируемого урожая.
4. Здоровье почвы как объект экологического мониторинга, биоценотическая регуляция экосистем - основа оздоровления почв. В последние десятилетия масштабы техногенного загрязнения сельскохозяйственных угодий России постоянно возрастают, а почвенные возбудители болезней практически повсеместно заселили агроценозы экономически значимых культур и причиняют существенный ущерб древесно-кустарниковым насаждениям. Поэтому необходимо принимать срочные меры по исправлению ситуации!
Вестник защиты растений, ,3, 2009
Здоровье почвы следует перманентно контролировать в системе государственного экологического мониторинга, которая на сегодняшний день разрушена, но должна быть обязательно восстановлена. Наряду с прецизионными инструментальными методами, его база должна включать и системы (наборы) зональных биологических тестов-индикаторов, и современные методы оценки структурно-функциональной организации почвенных микробных сообществ. С использованием этой аналитической и индикаторной базы актуальна дальнейшая разработка экологических нормативов. Эта важная приоритетная работа активно проводилась (применительно к почве) в 1970-1980 гг. в б. СССР, однако в последние два десятилетия из-за отсутствия госзаказа в России она практически свернута.
Здоровье почвы в процессе муниципального, агропромышленного, лесохо-зяйственного и рекреационного использования земель должно восстанавливаться и поддерживаться преимущественно биоценотической регуляцией (мероприятия по обустройству ландшафта), а также специальными технологическими приемами с применением экологичных средств. Факторы управления биоресурсами агролесоэкосистем, поддержания здоровья их почв хотя и известны, однако пока еще недостаточно используются в зональных системах земледелия и защиты растений. Это отечественный арсенал методов и средств биологической защиты растений - полезащитное лесоразведение, фитосанитарные севообороты и предшественники, сбалансированное применение сидеральных, органических и минеральных удобрений, адаптивные системы обработки почвы, "мозаика" сортов, другие средства и приемы адаптивного растениеводства.
5. Приоритетные фундаментально-прикладные инновационные разработки, реализуемые в рамках общегосударственной целевой программы "Радикальное улучшение качества почв России". Их содержание применительно к конкретному региону должно определяться актуальностью, социальной и экологической
7
значимостью. Состав исполнителей будет зависеть от опыта их предшествующей работы и квалификации (в частности, наличия приоритетных, патентных разработок). Региональные исследования (преимущественно демонстрационные работы) должны быть рассчитаны, максимум, на 3-4-летний срок, иметь законченный характер и обеспечивать реальный народно-хозяйственный эффект -экономический, социальный, экологический. В качестве примерных, наиболее актуальных решений в рамках общегосударственной целевой Программы актуальна реализация следующих заданий (этапов):
1) диагностика почвенного здоровья как составляющая экологического мониторинга, функциональные почвенные процессы и аборигенные тест-организмы как маркеры (индикаторы) здоровой почвы;
2) феномен самоочищающей способности почвы как фундаментальная основа ее ремедиационных (оздоровительных) мероприятий;
3) геохимическая роль гетеротрофной (свободноживущей, ассоциативной, ризо-биальной и др.) микрофлоры в самоочищении почвы от органических загрязняющих веществ;
4) научно обоснованные экологические (в т.ч. фитосанитарные) и гигиенические нормативы вредных веществ (и биоагентов) в почве, сопряженные с ними нормативные показатели, необходимые для разработки и обоснования экономических порогов вредоносности почвообитающих видов;
5) гармонизация показателей качества и здоровья почвы с международными критериями и стандартами;
6) нормативно-методическая база для классификации земельных угодий и картирования почв по их супрессивной активности и самоочищению от органических загрязняющих веществ для обоснованного выбора агроэкосистемных эталонов-заказников со здоровой почвой и других целей;
7) биохимические и биоценотические механизмы почвенной супрессивности;
8) математические модели и экологи-
ческие прогнозы эффективности и рентабельности региональных систем оздоровления почвы;
9) полифункциональные микробные препараты для защиты растений, эффективные на загрязненных почвах;
10) токсикологическая оценка и санитарно-эпидемиологическая экспертиза новых экологичных биопрепаратов, рост-регуляторов и агрохимикатов;
11) технологии масштабирования и наработки в условиях регионального производства высокоэффективных полифункциональных биопрепаратов для биоремедиации деградированных почв;
12) индуцирование почвенной супрес-сивности с целью оздоровления почв, инфицированных возбудителями корневых и стеблевых гнилей зерновых культур;
13) технологии возделывания культур-гипераккумуляторов и хозяйственно-полезных культур-исключателей на почвах ксеноценозов;
14) технологии реабилитации и оздоровления почв, освобождаемых от отходов - муниципальных, промышленных, лесо- и сельскохозяйственных;
15) регламенты комплексного оздоровления почвы от экотоксикантов, обеспечивающие получение экологичной (нормативно чистой) биопродукции;
16) практическое руководство "Научно обоснованные рекомендации по оздоровлению загрязненных и инфицированных фитопатогенами почв России".
6. Заключение
При условии целевого финансирования Программы "Радикальное улучшение качества почв России" предполагается оперативно систематизировать, обобщить и продемонстрировать в условиях базовых регионов России оригинальные инновационные разработки и приоритетные фундаментально-прикладные результаты завершенных НИР и ОКР по отмеченным выше направлениям. Разработка и практическое внедрение результатов приоритетной программы оздоровления почв - межведомственная, комплексная, фундаментально-прикладная задача, коллективно решаемая сообществом оте-
Вестник защиты растений, ,3, 2009 чественных ученых и исследователей. Представляя разнопрофильные НИУ (РАН, РАСХН, РАМН, министерств и ведомств), а также ВУЗы, независимые инновационные центры и компании, авторы разрабатываемой Программы (и соответствующей концепции) солидарно выступают за ее быстрейшую реализацию. Основное содержание этой важной фундаментально-прикладной работы планируется изложить (применительно к конкретному поллютанту и/или фитопа-тогену) в последовательности: а) констатация деградации почвы вследствие ее загрязнения (заселения вредным агентом) и его негативные последствия, б) диагностика конкретного поллютанта (фитопатогена) и оценка степени деградации почвы, в) методы оздоровления (ремедиации) почвы. Наиболее значимые итоги выполнения Программы целесообразно адресовать землепользователям как "Научно обоснованные рекомендации по оздоровлению загрязненных и инфицированных фитопатогенами почв России" (включающие и концептуальное обоснование).
Очевидно, что высококачественная почва селитебных и рекреационных территорий, сельскохозяйственных и лесо-хозяйственных угодий должна быть плодородной и здоровой (в т.ч. и чистой в санитарно-показательном отношении), характеризоваться сбалансированным биоразнообразием, обладать самоочищающей способностью в отношении приоритетных поллютантов и супрессивно-стью к конкретным вредным организмам. Только высококачественная почва агро-ценозов в состоянии обеспечить получение экологичного (нормативно чистого), программируемого урожая.
Итак, достижения современных наук последних десятилетий - почвоведения, экологии, микробиологии, природопользования, других смежных дисциплин -уже сегодня позволяют внести существенный практический вклад в оздоровление почв. С одной стороны, необходима тщательная инвентаризация и последующая широкомасштабная реализация (то есть производственная апробация и
Вестник защиты, растений, 3, 2009 внедрение) уже имеющихся научных разработок в практику землепользования, а с другой - хорошо скоординированная, концептуально обоснованная, системная программа научно-практической проработки актуальнейших исследований на ближайшую перспективу. Оба эти подхода в настоящее время пока не задействованы. Полагаем, что при усло-
вии государственной поддержки успешное выполнение комплекса мероприятий по оздоровлению загрязненных и больных почв внесет существенный вклад в повышение экологического благополучия всего российского этноса, в оптимизацию адаптивного растениеводства, в успешную реализацию Россией концепции устойчивого развития!
Литература
Государственный доклад "О состоянии окружающей природной среды РФ в 1997 году". М., Госкомитет по охране окружающей среды. 1998, с. 37-48; 85-98.
Государственный доклад "О состоянии и охране окружающей среды Московской области в 2002 году". НИА-Природа. М., 2003, с. 73-73.
Государственный доклад о состоянии и использовании лесных ресурсов РФ в 2005 году. М., ВНИИЛМ, 2006,214 с.
Доктрина продовольственной безопасности Российской Федерации (проект). М., 2008, 27 с.
Захаров В.М. Здоровье среды: концепция. М., Центр эколог, политики России (материал для обсуждения). 2000, 26 с.
Керженцев A.C. Функциональная экология почв. М., Наука, 2006, 259 с.
Ковда В.А. Патология почв и охрана биосферы планеты / Сб. науч. трудов "Пространственно-временная организация и функционирование почв". Пущино, НЦБИ АН СССР, 1990, с. 8-43.
Кожевин П.А. Биотический компонент качества поч-
вы и проблема устойчивости // Вестник МГУ, серия 17: Почвоведение, 2001, 4, с. 45-47.
Проблемы деградации и восстановления продуктивности земель сельскохозяйственного назначения в России. /Под ред. А.В.Гордеева, Г.А. Романенко. М., ФГНУ Ро-синформагротех, 2008, 68 с.
Структурно-функциональная роль почв и почвенной биоты в биосфере. Отв. ред. Г.В.Добровольский. М., Наука, 2003, 364 с.
Doran J.W., Sarrantonio М., Liebig М.А. Soil health and sustainability // Advances in Agronomy. Academic Press, San Diego, CA, USA, 1996, 56, p. 1-54.
Janvier C. et al. Soil health through disease suppression: Which strategy from description to indicators? // Soil biology and Biochemistry, 2007, 39, p. 1-23.
Karlen D.L., Ditzler C.A., Andrews S.S. Soil quality: why and how? // Geoderma, 2003, 114, p. 145-156.
Microbiological Methods for Assessing Soil Quality /Ed. By J. Bloem, D.W.Hopkins, A.Benedetti. CAB Publishing UK, USA, 2006.
URGENCY OF RADICAL IMPROVEMENT OF RUSSIAN SOILS UALITY M.S.Sokolov, Yu.L.Dorodnykh, A.I.Marchenko The urgency to develop a national program "Radical improvement of Russian soils quality" is justified. Examples of soil degradation on various lands are given, and principles of their restoration and recovery are discussed. 16 specific (basic and applied) tasks providing realization of those principles are named. It is stated that soil health is an attribute of its ecological stability realized through integration of such biotic components as: a) balanced biodiversity of pedocenosis; b) autopurification of soil polluted by organic substances using organotrophic microorganisms-degraders and sorbtion of inorganic pollutants by soil-absorbing complex; c) suppression of harmful soil microflora and biota with saprotroph microorganisms. It is stated that high-quality (fertile, healthy) soil of agrocenosis is an indispensable condition for obtaining an expected yield of standard quality.
Sokolov34@mail.ru
