Исследование биодинамического сельского хозяйства и продуктов питания - обзор. Часть 2

  5  Результаты

5.1 Современное состояние

  До этого обзора были опубликованы два других обзора исследований в области биодинамического сельского хозяйства в целом (Turinek et al. 2009; Лейбер и др. 2006), а также один обзор исследований в области биодинамического производства вина (Кастеллини и др., 2017), и один о биодинамических эффектах препаратов (Чалкер-Скотт, 2013).

  Лейбер и др. (2006) сосредоточились на общем описании биодинамического сельского хозяйства и его характерных элементов. Кроме того, они дают обзор по основному вопросу об исследователях биодинамики и фермерах. Этот обзор показывает, что ранние исследования в основном сосредоточены на способе действия биодинамических препаратов, влиянии биодинамического подхода на почву и влиянии космических ритмов на развитие растений. Туринек и др. (2009) обобщают результаты различных долгосрочных испытаний. Эти исследования касаются влияния биодинамического подхода на химические, физические и биологические свойства почвы. Кроме того, обзор показывает, что исследования анализируют влияние биодинамического сельского хозяйства на биоразнообразие и экологические факторы. Обзор также приводит тематические исследования, касающиеся биодинамических тем. Биокристаллизация заявлена как перспективный метод оценки качества в биодинамическом сельском хозяйстве.

 

 

5.2 Качество почвы и здоровье почвы

  Хотя в практике биодинамического земледелия почвам и управлению почвами уделяется большое внимание, а также в исследованиях систем земледелия, в научной литературе имеется лишь несколько исследований по вопросам, связанным с почвой в биодинамическом земледелии (см. также Turinek et al. 2009; Понцио и др. 2013). Эти исследования сосредоточены на влиянии биодинамического управления на органическое вещество почвы, биологию почвы и/или доступность питательных веществ с применением классических аналитических методов в почвоведении. В большинстве документов в этом обзоре речь идет о трех долгосрочных полевых экспериментах:  эксперимент DOC в Тервиле/Швейцария, который проводится с 1977 года, эксперимент в Дармштадте/Германия, который проводился с 1980 по 2009 год, и эксперимент во Фрике/Швейцарии, который был начат в 2002 году и все еще продолжается.  Установка эксперимента DOC представляет собой сравнение систем земледелия в отношении внесения удобрений и защиты растений на основе регулярного севооборота (см. описание в Fließbach и др. 2007).  Испытание в Дармштадте сравнило биодинамическое управление с органическим управлением (где разница заключалась в применении биодинамических препаратов при биодинамической обработке) и с неорганической обработкой без применения органического навоза, но с синтетическим N – внесением удобрений (Раупп и Олтманнс, 2006). Эксперимент во Фрике представляет собой трехфакторный эксперимент, в котором сравнивается эффект биодинамического управления (т. е. применения препаратов) на основе различных уровней внесения удобрений и интенсивности обработки почвы (Бернер и др., 2008).

  Единственные два исследования, включенные здесь, которые не основаны на долгосрочных полевых экспериментах, указанных выше, - это обследование парных ферм в Австралии (Burkitt et al., 2007) и исследование виноградников под другим управлением Бернса и др. (2016).

  Органическое вещество почвы (СОМ) признано ключевым фактором плодородия почвы и многих функций почвы (например, Fageria 2012). В эксперименте DOC сообщалось о более высоких уровнях СОМ при биодинамическом уходе по сравнению со всеми небиодинамическими методами (Fließbach и др. 2007). В Дармштадте уровни СОМ при биодинамическом управлении также были выше, чем при небиодинамическом управлении, согласно Heitkamp et al. (2011), но авторы подозревают, что отличие от небиодинамической (органической) обработки, при которой было получено такое же количество удобрений (без биодинамических препаратов), является результатом процедуры исследования. Не  наблюдалось различий в уровнях СОМ между биодинамическим и небиодинамическим управлением ни в эксперименте во Фрике (Гадермайер и др. 2012), ни в обзоре пастбищных почв Беркитта и др. (2007).

  В эксперименте DOC биодинамическое управление, кроме того, привело к увеличению доли более стабильных фракций органического вещества (Биркхофер и др., 2007), более высокой биологической активности (Биркхофер и др., 2007; Флисбах и др., 2007), изменению популяций бактерий (Хегер и др., 2012) и лучшему использованию углерода микробной биомассой (Fließbach и др., 2007) по сравнению с небиодинамическими методами обработки. Изменения в популяциях бактерий (Фауст и др. 2017; Йоргенсен и др. 2009) и более эффективное использование  органического углерода почвы микробами (Sradnick et al. 2018) также сообщалось в ходе эксперимента в Дармштадте. Во Фрике биодинамическое управление также оказало влияние на микробное сообщество почвы (Гадермайер и др., 2012; Хартманн и др., 2015). В своем исследовании на почвах виноградников Бернс и др. (2016) обнаружили, что на микробное разнообразие и структуру сообществ влияет не система управления как таковая (биодинамическая, органическая и традиционная), а конкретные элементы управления и, в частности, покровные культуры.

  Принимая во внимание эффективную разницу между системами управления, сравниваемыми в различных исследованиях, влияние биодинамического земледелия на свойства почвы следует рассматривать в первую очередь как комплексный системный эффект. Наиболее сильное воздействие на систему оказывает внесение навоза животных, обычно в виде компоста, независимо от системы ведения сельского хозяйства.

  Результаты долгосрочных полевых экспериментов в Дармштадте и Фрике свидетельствуют о влиянии биодинамических препаратов на биологические свойства и процессы почвы, что указывает на необходимость дальнейших исследований в этой области. В поисках объяснения эффектов препарата Джаннаттасио и др. (2013) предположили, что материал и микробиологические свойства препарата из рогового навоза могут влиять на регулирующее воздействие ауксинов на почвенные процессы. Радха и Рао (2014) далее предполагают, что бактериальные и грибковые популяции в биодинамических препаратах могут увеличить доступность фосфора для растений.

  Почве и, в частности, плодородию почвы всегда уделялось большое внимание в органическом земледелии. Как указано во введении, управление почвой в биодинамическом земледелии направлено на здоровый "почвенный орган" в организме фермы. До сих пор большинство исследований по воздействию управления на сельскохозяйственные почвы - не только в биодинамическом сельском хозяйстве - сосредоточено на воздействии на свойства почвы, но не на выполнении почвенных функций или экологических услуг.

 

  5.3 Биодинамические препараты

  Биодинамические препараты являются важным элементом биодинамического подхода и ключевой особенностью, которая отличает биодинамический подход от органического. Шарма и др. (2012) обнаружили, что количество семян кумина (Cuminum cyminum) было значительно увеличено более чем на 30 % за счет применения рогового навоза и рогового кремния для двух вариантов удобрения. В ходе испытания во Вьетнаме урожайность двух разных сортов сои (максимум глицина) увеличилась на 30% за счет применения биодинамических препаратов по сравнению с контролем без препаратов (Тунг и Ферандес 2007). Ни контрольный, ни обработанный вариант не были удобрены. Также урожайность двух сортов риса (Oryza sativa) увеличилась на 15% и 20% за счет применения биодинамических препаратов без внесения удобрений (Вальдес и Фернандес 2008). Вальдес и Фернандес (2008) показали в том же исследовании, что длина корня, масса корня, масса проростков, а также доступный фосфор увеличились (плюс 20 %) после сбора урожая за счет применения биодинамических препаратов по сравнению с необработанными растениями. Применение  рогового кремния  увеличило урожайность черной фасоли (Vigna mungo), выращиваемой в органических условиях без внесения удобрений, на 27 % по сравнению с обработкой без рогового кремния (Trivedi et al. 2013). Чистая активность фотосинтеза трех сортов тыквы (Cucurbita pepo) и двух из трех сортов картофеля (Solanum tuberosum) была значительно повышена при обработке роговым навозом и кремнием ( Juknevičienė 2015, Vaitkevičienė 2016). Качество  семян карликовых бобов (Phaseolus vulgaris) в тестах на всхожесть были усилены обработкой родительских растений с применением рогового кремния (Fritz et al., 2005).

  Не было обнаружено существенных различий в урожайности салата (Lactuca sativa) после внесения компоста и опрыскивающих препаратов в трех вариантах внесения удобрений (Бахус 2010). Также Джаясри и Джордж (2006) не обнаружили существенного влияния на развитие растений перца чили (Capsicum annuum) за счет применения биодинамических препаратов.

  Активность дегидрогеназы в компосте была значительно повышена за счет применения компостных препаратов (Рив и др., 2010). Способность к прорастанию широколиственного щавеля (Rumex obtusfolius) была на 18% значительно ниже в компосте, обработанном биодинамическими препаратами, по сравнению с необработанным компостом, где была обнаружена способность к прорастанию на 28% (Заллер 2007). Высокое количество биологически активных веществ и веществ, стимулирующих рост, было обнаружено в роговом кремнии у Джаннаттасио и др. (2013) и Спаччини и др. (2012). Бактериальные культуры, которые были идентифицированы в роговом кремнии, были продуцентами ауксина, который оказывал значительное стимулирующее рост действие на кукурузу (Zea mais) (Радха и Рао, 2014). Джаячандран и др. (2016) проанализировали микробную нагрузку биодинамического препарата рогового кремния (501) и его активность в отношении патогенных микроорганизмов посевного риса (Oryza sativa). В качестве основных бактериальных изолятов были идентифицированы Bacillus spp., Bacillus amyloliquefaciens и Bacillus toyonensis. Сильный противогрибковый эффект был обнаружен у Baccillus amyloliquefaciens против R. Solani (Джаячандран и др., 2016). При выращивании тыквы (Cucurbita pepo) и картофеля (Solanum tuberosum), активность азота, калия, фосфора, уреазы и сахарозы в почве значительно повысилась за три года испытаний при использовании обработки роговым навозом (Юкневичене 2015 в Юкневичене и др. 2019; Вайткявичене 2016 в Вайткявичене и др. 2019). Дальнейшее влияние препаратов на качество продуктов питания описано в следующем разделе.

 

5.4 Качество питания

 

  Хеймлер и др. (2011) сравнили различные производственные системы (обычные, органические и биодинамические) и выяснили, что наибольшее содержание полифенола было обнаружено в салате Батавия (Lactuca sativa var. capitata), выращенном в биодинамических условиях. Полифенолы являются желательными вторичными соединениями в пищевых продуктах, которые повышают пищевую ценность продуктов. Биодинамическая красная свекла (Beta vulgaris) также имела самое высокое общее содержание фенола, за которым следовала красная свекла, выращенная в органических условиях, и наименьшее количество было обнаружено для обычной красной свеклы (Бавек и др., 2010). И наоборот, самое высокое общее содержание фенола было обнаружено в органических манго (Mangifera indica), а не в биодинамических или обычных манго (Масиэль и др., 2011). Концентрация общих фенольных соединений и антиоксидантная активность DPPH значительно возросли в картофеле (Solanum tuberosum) сорта Красная Эммали и Синяя Конго после применения биодинамического препарата роговой кремний (Jarienė et al. 2017). Общее содержание общих антоцианов и общего фенола увеличилось в картофеле с окрашенной мякотью (Solanum tuberosum) за счет совместного применения биодинамических препаратов рогового навоза и кремния (Яриене и др. 2015). Для цикория (Cichorium intybus) не было обнаружено различий в содержании полифенолов в различных производственных системах (Heimler et al. 2009). Различия в питательном качестве и содержании фенольной кислоты в помидорах (Solanum lycopersicum) были скорее вызваны годом производства, чем системой ведения сельского хозяйства (обычная, органическая и биодинамический) (Д'Эволи и др., 2016). Маси и др. (2017) смогли дифференцировать содержание полифенолов в биодинамических и обычных яблоках (Malus domestica var. Голден Делишес), но не было возможности дифференцировать образцы в отношении летучих соединений. Три сорта тыквы (Cucurbita pepo) имели значительно более высокое содержание антиоксидантов ликопина, лютеина и зеаксантина при обработке роговым навозом и кремнием в течение трех лет экспериментов (Juknevičienė 2015).

  Хеймлер и др. (2009, 2011) показали, что биодинамический цикорий (Cichorium intybus) и салат Батавия (Lactuca sativa var. capitata) обладают более высокой антиоксидантной активностью, чем те же сорта из обычных и органических систем земледелия. Биодинамическая красная свекла (Beta vulgaris, Бавек и др. 2010), биодинамическая клубника (Fragaria spec., Д'Эволи и др. 2010), а также биодинамические зрелые зеленые и спелые манго (Mangifera indica, Maciel и др. 2011) - все они обладали значительно более высокой антиоксидантной активностью, чем эти продукты из традиционных и органических систем земледелия.

  Биодинамическая капуста (Brassica oleracea) содержала больше аскорбиновой кислоты, чем органическая или обычная капуста (Бавек и др., 2012). То же самое явление было обнаружено для клубники (Fragaria spec., Д'Эволи и др., 2010). Красная свекла (Beta vulgaris) из биодинамической производственной системы показала самое высокое содержание сахара по сравнению с красной свеклой из органической, интегрированной и традиционной производственной системы (Бавек и др., 2010). Кроме того, Вайткявичене et al. (2016) обнаружили, что содержание крахмала в картофеле с окрашенной мякотью (Solanum tuberosum) значительно возросло благодаря совместному применению рогового навоза и кремния.

  Никаких различий, связанных с подходом к производству, не было обнаружено Лангенкампером и др. (2006), которые проанализировали пищевую ценность пшеницы (Triticum aestivum). Рангель и др. (2011) исследовали питательный состав сока лайма (Citrus latifolia), а также не обнаружили различий, связанных с системой производства. Тем не менее, Лукарини и др. (2012) проанализировали содержание нитратов в органическом и биодинамическом салате-латуке (Lactuca sativa) и красном радиккио (Cichorium intybus) и пришли к выводу, что биодинамический вариант имел самый низкий уровень нитратов.

  Картофель (Solanum tuberosum) при биодинамическом выращивании по сравнению с обычным выращиванием был более связан с такими характеристиками, как показатели качества, содержание сухого вещества, вкусовые качества, относительная доля чистого белка и значение биокристаллизации (Кьелленберг и Гранштедт, 2015). Пшеница (Triticum aestivum) из разных систем удобрения долгосрочного полевого эксперимента DOC была дифференцирована и классифицирована с помощью методов формирования образов. Признаки дегенерации в результате старения в структурах образа повышались от биодинамических к органическим и до конвенциональных образцов (Fritz et al. 2011).

  При сравнении молока из разных систем управления Куще и др. (2015) отметили самую высокую долю питательно ценных жирных кислот в молоке из биодинамических систем. Кроме того, в серии тестов с кодированной провокацией было доказано, что биодинамическое сырое молоко обладает лучшей совместимостью для детей с пищевой непереносимостью по сравнению с пастеризованным и гомогенизированным молоком обычного производства (Kusche 2015 в Abbring et al. 2019).

  Потребление молочных продуктов биодинамического производства приводит к более высокому качеству грудного молока по сравнению с грудным молоком женщин, которые потребляли органические или обычные молочные продукты (Simões-Wüst и др., 2011). Новорожденные дети, матери которых в основном потребляли молочные продукты биологического производства, имели более низкий риск заболеть экземой (Thijs et al. 2011).

 

5.5  Энология и виноградарство

  В последние годы область исследований в области биодинамической энологии и виноградарства приобрела большое значение. Обзор литературы Кастеллини и др. (2017) описывает сектор биодинамического виноделия. В нем описывается определение и регулирование производства биодинамического вина, а также мировой рынок биодинамического вина. Долгосрочный полевой эксперимент в Гейзенхайме, Германия, сравнивает комплексное, органическое и биодинамическое управление виноградниками и виноделие.

  Биодинамическое производство привело к снижению урожайности, снижению энергичного роста, снижению массы обрезки, снижению веса  виноградной грозди и более низкому весу  виноградного кластера и меньшему присутствию уксусной кислоты по сравнению с интегрированными (Döring и др. 2015; Мейснер 2015 в статье в журнале Meissner et al. 2019). Органическое управление по большинству параметров находилось между биодинамическим и традиционным. Таким образом, в анализе основных компонентов могут быть четко дифференцированы три метода культивирования (Meissner et al. 2019). Биодинамическое культивирование и органическое культивирование отличались только применением препаратов.  Дюринг и др. (2015) также обнаружили меньше ботритиса в биодинамическом производстве. Не было обнаружено существенных различий в сообществах бактерий и грибов на разных участках долгосрочного эксперимента, за исключением более высокого обилия Pseudomonas spp. и Alternaria alternata в биодинамическом винограде по сравнению с обычным (Кечкемети и др., 2016). Мейснер (2015 в Meissner et al. 2019) обнаружили больше дождевых червей на участках, которые культивировались биодинамически, по сравнению с органическими и традиционно культивируемыми участками.

  Качество виноградного сока и вина в результате длительного испытания в Гейзенхайме было проверено с помощью методов формирования образов. Различие между виноградным соком из интегрированных, органических и биодинамических производственных систем было заметно уже в первый год после преобразования (Fritz et al. 2017). Распределение  образцов виноградного сока (2006-2010 гг.) с помощью методов формирования образов было значительным за все годы (Meissner 2015 в Фриц и др. 2019, 2017). Образцы, полученные в результате биодинамической обработки, показали лучшее физиологическое состояние, чем те  же от органической обработки, как указано, вследствие старения.

   Ботельо и др. (2016) не обнаружили различий между органическим и биодинамическим управлением при рассмотрении показателей урожайности винограда и болезненности, но, по-видимому, вследствие того, что у биодинамического винограда были стимулированы естественные защитные соединения. Гуззон и др. (2016) пришли к выводу, что биодинамические производственные системы положительно повлияли на развитие микробиоты в течение многих лет со сложными климатическими условиями по сравнению с обычным производством. На грибковые структуры виноградника значительное влияние оказали производственные системы, а именно традиционные и биодинамические. Однако не было обнаружено никаких различий в структуре грибов в собранном винограде (Моррисон-Уиттл и др., 2017). Микробиота дрожжей органического и биодинамического красного вина Санджовезе варьировалась независимо от производственной системы (Патриньяни и др., 2016).

  Кокорначик и др. (2014) смогли дифференцировать органическое и биодинамическое вино с использованием метода испарения капель и с учетом описания формы. В этом методе исследуются структуры высохших капель растительного вещества. Несколько исследований посвящены химическим веществам в вине. Некоторые не обнаружили различий в химическом составе между органическим и обычным вином (Тассони и др., 2013; Плахута и Распор 2007), в то время как другие смогли отличить вино от органических и традиционных производственных систем (Яньес и др. 2012, Гранато и др. 2015). Некоторые исследования увенчались успехом в различении органических и биодинамических вин в отношении их химических веществ (Парпинелло и др. 2015; Лаги и др. 2014; Пиконе и др. 2016). Метод 1Н ЯМР (спектроскопия ядерного магнитного резонанса) по-видимому, это успешный метод дифференциации вина из разных производственных систем (Laghi et al. 2014; Пиконе и др. 2016).

   Росс и др. (2009) смогли дифференцировать органические и биодинамические вина по показателю сенсорной оценки. Мейснер (2015) частично смог дифференцировать их на сенсорном уровне, в то время как никаких чувственных  различий между органическим и биодинамическим вином не было найдено Парпинелло и др. (2015).

 

5.6   Устойчивость

  Пять исследований в нашей базе данных связаны с устойчивостью в биодинамических системах ведения сельского хозяйства. Туринек и др. (2010) и Бавец и др. (2010) проанализировали экологический отпечаток продуктов питания различных производственных систем в ходе полевых испытаний в Словении. Биодинамические и органические системы показали в течение трех лет преимущества перед традиционными в отношении экологических показателей и экологической эффективности, связанных с использованием энергии и воздействием на климат. В Чешской Республике эффективность использования ресурсов на биодинамических и органических фермах были доказаны по сравнению с обычными. Более высокая эффективность была обнаружена для органических ферм (Pechrová и Vlašicová 2013). В Италии, согласно оценке жизненного цикла и энергетического анализа в интегрированных и биодинамических абрикосовых садах биодинамическое производство оказало меньшее воздействие на окружающую среду и снизило спрос на энергию (Пергола и др., 2016). Вильянуэва-Рей и др. (2014) рассмотрели влияние производственных систем виноградарства на окружающую среду. Эта оценка жизненного цикла в Испании показала более низкое воздействие биодинамического производства на окружающую среду по сравнению с традиционным виноградарством.

 

5.7  Развитие биодинамического сельского хозяйства

  В общей сложности Пауль опубликовал четыре статьи о развитии биодинамического сельского хозяйства (2011a, 2011b, 2011c, 2014). Эти статьи являются отличными цитируемыми ссылками на концепции и развитие этой системы ведения сельского хозяйства. Мотивация фермеров к переходу на биодинамическое сельское хозяйство была изучена Печровой (2014).

 

5.8  Биодинамическое растениеводство

  Пять статей в нашей базе данных посвящены вопросам биодинамического растениеводства. В трех исследованиях сравнивались урожайность и качество растений в биодинамических и небиодинамических системах возделывания сельскохозяйственных культур. Результаты довольно неоднородны: В то время как Nabie и др. (2017) сообщили о значительном увеличении урожайности и питательных свойств биодинамических овощей по сравнению с органическими и традиционно выращиваемыми овощами в исследовании, проведенном в Индии, Jakop и др. (2017) обнаружили, что урожайность при биодинамическом производстве масляных тыкв (Cucurbita pepo) может просто конкурировать с теми, кто работает в обычном менеджменте. Манева и др. (2017) сравнили здоровье растений и урожайность в органически и биодинамически выращенном камуте (Triticum turgidum polonicum) и наблюдали значительно более высокие урожаи при биодинамической обработке, хотя никаких различий в фитосанитарных параметрах не наблюдалось.

  Две статьи посвящены методам управления в рамках биодинамического земледелия. Дудаш и др. (2016) проанализировали базилик (Ocimum basilicum), который был посеян в соответствии с биодинамическим календарем посадки. По сравнению с контролем были найдены незначительное влияние на рост и параметры качества, обусловленные датой посева. В другом исследовании применение биодинамического метода подавления сорняков, основанного на препаратах из золы сорняков, не оказало никакого влияния на производство семян (Kirchoff 2016).