стов в области плодородия почвы

Тематические сообщения
Исследования и подготовка специалистов в области плодородия почвы,
проводимые ФАО и МАГАТЭ
в Зейберсдорфских лабораториях
Агентства
Ядерная
технология
в почвоведении
разрабатывается
и передается
через
Ф
1 ; м ш а и Г
Хдцдарьон
Настоящее столетие характеризуется бурным
ростом населения на земле. Предполагается, что в
2015 г. население достигнет почти 8 миллиардов че>»Ч
- Г u - i U< *
с 'М'* '
' 'х
Г\
!•>-"((
С у.сГи
чение потребности в выращиваемых на весьма
ограниченных площадях земли продуктах питания,
кормах и в биотопливе. Предлагается несколько решений. Для развивающихся стран наиболее перспективным решением на ближайшее будущее является
интенсификация
сельскохозяйственного
производства на обрабатываемых землях путем повышения интенсивности выращивания сельскохозяйственных культур и/или увеличения урожайн о ГЛ и .
источников получения растениями питательных
веществ и факторов возделывания культур в продуктивную сельскохозяйственную систему, которая позволяет увеличить плодородие почвы, продуктивность культур и рентабельность. Такая
интегрированная система питания растений включает предельно высокую эффективность в исподьзо'
Ч*
ЙН
,1
:> 3 a<it>'i
;,<F<C|4!'^H. I f
1,
ISoHMilV
РО.М>!1
ОАГдОГ.
, -U
•;).!
!!>•'£,
низация, ирригация и особенно агрохимикаты. При
Г Н ГО)* ' * . ! f - .
15
' Ч J'i-
>•
itifdj
0^1 Лг1<"
возделываемым культурам требуются значительные количества питательных веществ, восполняемых применением удобрений. Однако за последние 10 лет упрочилось понимание того, что „зеленая революция" мало повлияла на положение мелких фермеров в развивающихся странах. Из-за нехватки средств и увеличения цен на сельскохозяйственные машины повышенное внимание стало уделяться анализу и необходимому совершенствованию недорогих с и с т е м выращивания культур, а
также более эффективному использованию ограниченных средств. Благодаря этому, была рекомендована концепция подходов к системам питания
растений, предусматривающая интеграцию всех
о'.
I s H f <. 1 <
Ь?
-
i>.
а < ь >%гд„г/
г
г-
•
•>><
I"
р
<,, , л v< s>, >
„^.»ч
,
V / ; K „ t'
'(•.•«e^nc/uvn«
«
, г >д,;ь i t
L
I' t
;
г
11, <И1 П
riiiil
отдел ФАО/МАГАТЭ по ядерным методам в пищевой промышленности и сельском хозяйстве оказы(„(Ч);;
п^уччи'-^Сис
г
Je»
< f (<••>
i>4 u ; c - п
i
С •< с '
И >"Д'»' А Г 1 Ь 3< И'<Гр' L*H'>M>' ' »"',> И< ; ( м "
исследованиях, разработках и передаче ядерной
технологии в целях оказания помощи странам в
создании лучших условий для выращивания культур
V,
Cft ,
.
• I
> Л г{
>•' " С Н
<!<
/
I (,
П1ц
• ' г >
т !</ ' ; * - : г "
>1 г
I :vc иге myop?-*, i
проводились в рамках координированных исследовательских программ и проектов технического сотрудничества, осуществляемых Секцией плодородия почвы, ирригации и выращивания культур
Объединенного отдела ФАО/МАГАТЭ. Изотопы используются в качестве индикаторов, например, для
определения количеств и движения питательных веществ, особенно из удобрений в растения и почву.
Радиационные методы с использованием таких приборов, как нейтронные влагомеры и гамма-зонды
I -I 1 к Н* _ и, 1 « - 'ГОЛ 1 \ >, ' ' I
*' it) rt, 'S ~
J s
^
\ ' . I Р
p i i c t t n m ' иг т р и ч е с к и й об.юр
ч j
практики. Сюда относятся использование высоко-
I •
< >->•.' , >.<
мально
возможное применение альтернативных
источников питания, таких как органические удобрения, фосфаты и биологическая фиксация азота.
Ядо(|»ьда м г н . - д г ; ч
Интенсификация сельского хозяйства путем „зеленой революции" требует разработки новых тех>'!)<•
и
растениеводстве
различиые
механизмьф
"
a
s
ii
'
'lercthm
ь
< > <.i-,",< о м
r
t'i>
почвенных профилей надежным недеструктивным
способом, экономя при этом время, силы и деньги.
БЮП Иг Thill ¥АГА!7М
Тематические сообщения
Имеющиеся у Группы почвоведения современные приборы (такие
как автоматический азотный анализатор, спаренный с анализатором соотношений стабильных изотопов) позволяют обеспечить повышенную пропускную способность в
отношении образцов при предоставлении обычных аналитических
услуг в поддержку полевых проектов по Совместной программе
ФАО/ МАГАТЭ.
Изотопы и эффективность использования удобрений
Хорошо известно, что
сельскохозяйственные
культуры реагируют на применение удобрений в
большинстве почв. Для сохранения и увеличения
плодородия почвы, необходимого для высокой продуктивности, требуется регулярное внесение удобрений. Примерно 50 %-ное увеличение у р о ж а е в зерна хлебных злаков достигнуто за счет удобрений.
Из 130 миллионов тонн удобрений, внесенных в почвы в 1984-1985 гг., на азот (N) приходится 54 %, на
фосфор (Р) - 26 % и на калий (К) - 20 %. В 1985 г.
развивающиеся страны использовали 48 миллионов
тонн
удобрений
стоимостью
примерно
4950 млн. долл. США. Это составило 38 % от общего
^ Л л р и м е н е н и я удобрений. За период 1980-1985 г г . использование удобрений в развивающихся странах
увеличивалось на 6 % ежегодно, в то время как в
развитых г о с у д а р с т в а х оно росло за тот же период
лишь на 1,8 %. Для удовлетворения мировых потребностей в продовольствии применение азотнофосфорно-калиевых удобрений должно увеличиться
в течение последующих 20 лет в 4 - 5 раз. Такое увеличение - показатель роли удобрений в обеспечении питания возрастающего населения земли.
Сельскохозяйственная культура принимает лишь
часть в н о с и м о г о в почву удобрения. Остальное
либо остается в почве, либо теряется в результате
выщелачивания, физического вымывания, фиксации почвой и/или выхода в атмосферу вследствие
химических
и микробиологических
процессов.
Поэтому необходима информация об относительных
преимуществах различных видов
практического
использования удобрений, таких как методы внесения удобрений, время их внесения и их источники.
Такая информация поможет достичь максимально
эффективного и экономного
использования
удобрений и тем с а м ы м сократить стоимость производства.
Наилучшее сочетание практических приемов вне-
БЮЛЛЕТЕНЬ МАГАТАЭ, 4/1989
сения удобрений (норма, размещение, время и
источник) может быть установлено для отдельных
систем земледелия п у т е м проведения полевых
экспериментов в различных э к о л о г и ч е с к и х условиях (почва и климат). Применяемые для этой цели
классические методы являются непрямыми, так как
они основываются на определении разницы в урожайности в з а в и с и м о с т и от внесения удобрений.
Эксперименты с использованием удобрений, меченных стабильными и радиоактивными изотопами, являются прямым и быстрым путем получения окончательных ответов на вопросы, где, к о г д а и в к а к и х
формах должны вноситься удобрения. В течение 20
лет в некоторых координированных п р о г р а м м а х
ФАО/ МАГАТЭ по рису, к у к у р у з е и пшенице широко
применялись в таких э к с п е р и м е н т а х удобрения, меченные изотопами 3 2 Р и 1 5 N. Изотопные методы
предусматривают внесение под к у л ь т у р у меченого
удобрения и определение в ней процента питательного элемента, полученного от удобрения.
К
счастью, м н о г и е изотопы м о г у т использоваться в
качестве индикаторов в изучении взаимосвязей
п о ч в а - р а с т е н и е и в д р у г и х связанных с этим
исследованиях. Г р у п п а почвоведения в Зейберсдорфских лабораториях МАГАТЭ играла основную
роль в осуществлении этих п р о г р а м м , разрабатывая изотопные методы, предоставляя аналитические у с л у г и и передавая эту технологию государствам-членам путем п о д г о т о в к и для них специалистов. Принятие такой у с о в е р ш е н с т в о в а н н о й практики внесения удобрений во м н о г и х странах мира
позволило экономить удобрения на много миллионов долларов е ж е г о д н о .
Изотопные методы позволяют т а к ж е быстро и надежно получать информацию о распространении
активных корней, расположении зон с наивысшей
плотностью поглощающих корней и о том, как эти
данные меняются со с м е н о й сезонов. Внесение
удобрений близко к зоне с наивысшей активностью
63
Гематические сообщения
Вспомогательные исследования и
подготовка стипендиатов ведутся
Группой почвоведения в поддержку программ координированных
исследований по использованию
фиксирующих азот деревьев для
восстановления и сохранения плодородия почвы.
корней и в то время, к о г д а они наиболее активны,
имеет значение для определения рациональной
практики использования удобрений на плантациях
древесных к у л ь т у р . Для определения распространения корней различных древесных культур, имеющих для развивающихся стран экономическое значение, был разработан и использовался метод
инжекции в почву меченного фосфором-32 фосфатного раствора. В Зейберсдорфских лабораториях
были разработаны детали экспериментов с такой
инжекцией и методы отбора проб в целях уменьшения ошибок при проведении экспериментов. Лаборатории поддержали осуществление этой прог р а м м ы , изготовив и предоставив тысячи ампул с
раствором, меченным фосфором-32.
Радиация и использование водных ресурсов
Вода, являющаяся поставщиком минеральных питательных веществ, оказывается во многих районах мира одним из основных факторов, ограничивающих с е л ь с к о х о з я й с т в е н н о е
производство. Поэтому необходимо разработать соответствующие
методы наилучшего использования атмосферных
осадков в условиях с у х о г о земледелия или увеличить эффективность использования воды на орошаемых землях. В связи с этим проводились исследования по радиационным методам с применением таких приборов, как нейтронные влагомеры
и гамма-зонды плотности, в целях совершенствования практики использования воды в засушливых
и полузасушливых районах.
Для определения условий, при которых культуры
наилучшим образом используют такие дорогостоящие вещи, как производимые промышленностью
удобрения и ирригация, проводились исследования по эффективности применения воды и удобрений в орошаемом и неорошаемом земледелии в
полузасушливых районах.
64
Методы изучения альтернативных источников
питательных веществ
Неорганические удобрения м о г у т быть в некоторой мере заменены д р у г и м и источниками питательных веществ, имеющимися на местах или менее
дорогостоящими. Лишь некоторые растения, например, бобовые и несколько д р у г и х семейств в симбиозе с соответствующими организмами способны
непосредственно использовать атмосферный N 2 .
Этот процесс назван биологической фиксацией азота (БФА). Экономия азота в почвах и растениях,
благодаря надлежащим образом
регулируемым
с и с т е м а м фиксации N 2 , представляется наиболее
обнадеживающей альтернативой в деле дополнения х и м и ч е с к о г о азотного удобрения в агроэкосистемах.
За последние десять лет несколько исследовательских п р о г р а м м ФАО/МАГАТЭ были посвящены^
измерению и усилению природного процесса биологической фиксации азота, особенно симбиотической фиксации М2 бобовыми культурами в различных системах. Кроме того, осуществляемые в настоящее время п р о г р а м м ы сконцентрированы на
повышении как у р о ж а й н о с т и , так и уровня фиксации
азота в зернобобовых с помощью интегрированного
подхода.
Измерение количества N 2 ) фиксируемого в полевых условиях, - основное требование к любой программе, имеющей целью максимизировать БФА. Из
многих имеющихся методов метод с использованием изотопа 15 N наиболее надежен в определении
количественных и интегрированных величин азота,
фиксируемого в природных и сельскохозяйственных системах. Это - единственный метод, позволяющий определить относительные доли азота почвы,
удобрения и атмосферы в общем количестве азота, содержащегося в растении семейства бобовых.
В настоящее время он получил широкое признание
в мире как наиболее практичное и полезное средс т в у создания максимально благоприятных условий выращивания культуры с помощью БФА.
БЮЛЛЕТЕНЬ МАГАТАЭ, 4/138:
1ия содержания
выращиваемым
фиксир^
10ВИХ UÖOOE
(
HMiif
s*y>» '-tAf» W ^ l
<*. t J >i
>Vif>, <iM Л > ж 4 f , f *t>»t,'i N H s
mmat-
wu^ijiopinim также являются важным потенциаль
ным источником фосфора во многих странах. Не
посредственное применение тонко измельченной
фосфорита из местных фосфатных месторожденш
м о ж е т быть с а м ы м дешевым источником фосфор;
t
' 4
t
тЛиЛГ
окружающе
лись ранее
зотопы примени
х. Благодаря пс
итальным разработкам м новатор
им исследованиям с использованием различны;
«ив мх лоименвние в естественных науках, сель
номическои оценке природных фосфоритов
и с проектами программы ФАО по удобрения»,
гоящие исследования фокусируются на опред{
in генотипных различий у деревьев, 4 и к с и о \
П о ,( ''Оа
>> .
' s ' дои
>)• k i . i » f M f t i H ^ i t n i . ' v f v V i л Г '
па почв
lfm
МАГ,
зиберсдорфских лаб
' неоценимую поддер
этками программам
аний (ПКИ) и поле
т е ш е т е
вых оактерий, в ризосфере зернобобовых. Лаборатория проводила работы по количественному опре-
ззраоотке и передаче ядерной техн
;ти почвоведения и продуктивна
"ИИ
омогательные
исследования.
<Ш1>
"
',-,<•
'
-
,
'
*
1,4/
,,
о
u
j,' .
восстановления плодородия почвы путем биологической • фиксации азота как средства повышения
продуктивности растений. Проводимые в поддержку
ПКИ исследовательские работы по деревьям, фиксирующим азот, с целью восстановления и сохранения плодородия почвы включают в себя генетическую изменчивость у древесных видов в образовании клубеньков и фиксации азота; отбор эффективных микроорганизмов (Rhizobium Frankia) древесных видов и технологию прививки; изотопные
методологические исследования по измерению фиксации азота у деревьев; влияние экологических
факторов (И$чва и климат) на образование клубеньков и фиксацию азота у древесных видов; влияние
практических приемов регулирования фиксации
tum в ризосфере зернобобовых деревьев,
должаются исследования в поддержку ПКИ
м м технического сотрудничества по биог
Л< ''/!<1Ч
БЮЛЛЕТЕНЬ i
мену научной информацией и основными достиже
ниши в этих важных областях. Предполагается, чт
его участники помогут определить новые области ис
следований, возможные виды применения и средств*
;!•.;-
(Ч X j C / ч Н И М И
1/1989
)ГГ
,
ходов с применением изотопа l 5 N , влиянию прививок на движение ризобии в ризосфере, образованию
клубеньков и фиксации N„ соевыми бобами обычными бобами и древесными бобовыми и влиянию
экологических стрессов, таких как засуха, засо"•ч1,
ч ,
. '
/
' , w
' 11
I i
, ;
"Г
зернобобовых.
• Вторая область исследований имеет целью повышение продуктивности соленых, кислых и других
водятся в поддержку двух ПКИ в этой области; (1)
использование ядерных методов для повышения
t? , / " 1 , "
,<
,*,
л
,г ^ ,
I)'
" / 1 <!,-')
, , ,'!!, , «
"> \
Ч Ч )Д
V .
»1 С< > *
ИК,
Г < I.!
• 1' - Г' у Ь
"1
, •
ненных почвах тропиков и субтропиков.
Вспомогательные исследования фокусируются
на генотипах растений, высокоэффективных при
использовании р е с у р с о в по малозатратной технологии: первоначальный отбор и полевые испытания
генотипов растений, применимых к некоторым
испорченным почвам (соленым или кислым, наприivtsp) или почвам с высокой эффективностью поглощения и использования воды и питательных веществ; корневая биология и эффективное исоояьзоч > iB-onbb'/ 4i'>",у1,! 4P ч г и п ' ч ч> •-„,гц)(-< >ч
щества). Изотопные методы применяются для изу-
65
^магические сообщения
ания ресурс
звые
рас«
ФИЗ
Учебное пособие по использованию ядерны
методов в исследованиях взаимосвязей
почва-растение
ги ис
се ас
«ания:
Направления будущих исследовании
и Э. Осно
те и рад|
одов в молекулярной биологии и с овременно!
иотехнологии в рамках настоящих и б /дущих прс
рамм Секции почв МАГАТЭ, Консуль
>азом в микроонои
ш е с т в у ю щ и е прогс
расшив»
!ИИ
• Использование методологии с ра
для оценки биологической фиксации s
• Фотосинтез и продуктивность куль"
• Использование нвйттонных вопят
ныв методы
(ря 1988 г Л т а к ж е рекомендовали повысить вни
цие к проблемам эффективного использование
|ных ресурсов и методам овес ;чения и повь
i их качества. Во многих оазв!
тем
Н 6V М 6 Н И 6 м н
ачество. Серь
«ствие на рыб
в
жащим образом
НИЯ В0Д1
чически
1туация чревата се
у
Д С Ч Г Л * . » - ! . Ч>
Вместе со вспомо
1ЯМИ
Группа почвоведения
велет подготов
дготовку специалистов, организуя учебные
курсы и обучение стипендиатов в области применения ядерной технологии в почвоведении и продуктивности растений. Преобладание учебной деятельности в области почвоведения основывается на
исторически утвердившихся исследованиях и разi u u I п и А,
»
Ку,)СЫ '
• ' i~H
^
>/; »•) i •>> I*
ских лабораториях ежегодно проводятся межрегиональные учебные к у р с ы по применению изотопных и радиационных методов в исследованиях
в 1986 г г . были проведены двое специализированных к у р с о в по биологической фиксации азота.
Учебные к у р с ы длятся обычно 4 - 8 недель и рассчитаны примерно на 20 участников. Для ученых из
; . f u » ' i v >r
у
- т и п
* ,
ч>"
ц-
к и м проблемам почвоведения, как плодородие
почвы, питание растений, биологическая фиксация
66
веденные в 1988 г. в Зейберсдорфе учебные к у р с
по изучению корневых систем с применением яде|
ных и других методов.
Группа почвоведения в Зейберсдорфе, pactions
гающая специальными знаниями и ресурсами, по;
держивает региональные и национальные учебны
' ' >"!<. Y '
I ' 1,Г,<
'
.1 [ И П
и пре
,
X
авляет учебные м;
1И1
« Одучоичс
I1, Ф
I, •(•
1Ы
. Ь/де'Щ'пШНА
-
*> . - П l y ,,(.
активно занимается также обучением стипендиа
тов, в котором она видит эффективный путь переда
чи развивающимся странам результатов своих ис
следований и разработок. Ежегодно 10 стипенди
атов МАГАТЭ проходят обучение с р о к о м от 3 д<
1 2 месяцев, что составляет примерно 55 человеко
месяцев.
Имеются две категории стипендиатов: стипенди
аты-аналитики, принимаемые на короткие сроки о2 до 4 месяцев и изучающие изотопные аналитиче
ские методы используемые в исследованиях поч
за-растение. Эта форма обучения предусматри
<;>!-' li'i-'uHic
г , п ! и , (> • I > 0 4 и i r , >ч
ические занятия. Особое вмимание уделяется кон
ретным методам, относящимся к исследованиям
роводимым по проектам технического сотрудни
5Ю<1ЛГ Г F Hb MAJ АТА. > 4' 198г
Тематические сообщения
Учебная деятельность Группы почвоведения Зейберсдорфских лабораторий
СТАЖЕРЫ
СТИПЕНДИАТЫ
1 9 %
Африка
32%
1 3 %
1 8 %
27%
Ближний Восток
и Европа
Латинская Америка
26%
36%
29%
Азия и Тихий океан
Группа почвоведения в Зейберсдорфе подготовила на курсах за период 1978-1988 гг. 243
специалиста из 72 государств-членов и 90 стипендиатов-ученых за период 1962-1988 гг. в
объеме 635 человеко-месяцев.
•
чества (например, аналитические методы с изотопом l 5 N на основе спектрометрии излучения). По
мере в о з м о ж н о с т и такие учебные группы в составе
2 - 4 стипендиатов организуются один-два раза в
год. Стипендиаты-исследователи,
принимаемые на
срок от 6 до 12 месяцев и работающие по какойлибо проблеме в рамках исследовательской прог р а м м ы Группы. Этим стипендиатам обеспечивается руководство по стратегии экспериментов, и применению изотопов и методов, относящихся к конкретной области исследований, которой стипендиат
будет продолжать заниматься по возвращении в
свою страну. Стипендиат обязан завершить и описать часть проводимой им исследовательской работы. Ему предоставляется возможность работать с
применением ядерных методов с целью решения
конкретной исследовательской проблемы.
Кроме того, Группа почвоведения принимает
риц, прибывающих с согласия А г е н т с т в а в лабораторию МАГАТЭ на 1 - 2 недели для ознакомления с
последними достижениями в интересующих их
областях почвоведения. Для стипендиатов-ученых
имеется т а к ж е возможность пройти подготовку на
рабочих местах в порядке бесплатного интерна.
Вспомогательные у с л у г и
В поддержку созданных по координированным
исследовательским п р о г р а м м а м
Объединенного
отдела ФАО/МАГАТЭ
международных/региональных сетей г р у п п а предоставляет требуемые аналитические у с л у г и в отношении образцов растений,
почвы и водных удобрений по более чем 100 исследовательским контрактам на работы по различным п р о г р а м м а м . За последний год было проведено около 15000 изотопных и других анализов.
Кроме того, развешены и отправлены участникам
этих ПКИ меченные изотопом 15 N удобрения, необходимые для выполнения запланированных экспериментов.
Группа предоставляет т а к ж е необходимую аналитическую поддержку лабораториям развивающихся стран, получающих
техническую
помощь
МАГАТЭ и не имеющих соответствующих аналитических средств.
Группа занимает лидирующее положение в разработке новых изотопных измерительных.методов и
оборудования и в совершенствовании у ж е используемых. Эти разработки применяются в проектах
МАГАТЭ по технической помощи. Например, г р у п п а
разработала и смонтировала металлические вакуумные линии для подготовки образцов к анализу с
изотопом 15 N на основе спектрометрии излучения. Она поставляет эти линии для соответствующих проектов т е х н и ч е с к о г о сотрудничества, осуществляемых в государствах-членах.
Распространение научно-технической информации
Секция плодородия почв, ирригации и возделывания культур проявила при поддержке Группы почвоведения высокую активность в публиковании сообщений о к р у п н ы х достижениях в осуществлении
координированных исследовательских п р о г р а м м и
о имеющих практическую ценность результатах выполнения проектов технической помощи.
Основные результаты выполненных
группой
вспомогательных исследований публикуются т а к ж е
в научных журналах. Примерно 1 0 - 1 5 научных докладов публикуются ежегодно в аналитических журналах.
Группа т а к ж е активно участвует в подготовке
учебных материалов (учебники и специальные
видеофильмы).
ш
БЮЛЛЕТЕНЬ МАГАТАЭ, 4/1989
67