Биологические удобрения: мифологизация или реальность?

16 ноября 2023 года

Микроорганизмы различных видов играют главную роль в бесконечном круговороте веществ в биоценозах, замыкая биологические циклы экосистем через минерализацию органических остатков. Про микробиологические и бактериальные удобрения нам рассказал Бирин Александр, начальник отдела мониторинга и страховой экспертизы АО СК «РСХБ-Страхование».

В почве параллельно с разложением органических остатков идут процессы гумификации, в которых велика роль почвенной биоты – микроорганизмов. Разновидности мёртвого органического вещества, подвергаясь в почве биологическому разложению и окислению – гумификации, преобразуются в единую, стабильную химическую субстанцию почвенного субстрата, называемого гумусовыми веществами. Гумус накапливается из-за длительного взаимодействия, а также взаимовлияния живущих в почве организмов и высших растений. Почвенное плодородие, имеющее в основе гумусовые вещества, во многом зависит от структуры и активности почвенной микробиоты.

Биоценоз определяется как участок земной поверхности, где он и отвечающие ему части атмосферы, литосферы, гидросферы и педосферы однородны, образуя единый внутренне взаимообусловленный комплекс.

Свободноживущие и симбиотические азотфиксирующие микроорганизмы

Результатом связывания азота симбиотическими азотфиксирующими бактериями почва ежегодно обогащается азотом в количестве 100-300 кг на 1 га. Свободноживущие азотфиксирующие микроорганизмы вносят в почву от 1-3 кг до 30-40 кг азота на 1 га в год. Существуют две группы азотфиксирующих микроорганизмов:

1. Клубеньковые бактерии.
2. Микроорганизмы, обитающие в почве независимо от растений: азотобактер, клостридиум, бейеринкия и другие свободноживущие микроорганизмы.

Симбиотические азотфиксирующие микроорганизмы

Клубеньковые (симбиотические) бактерии, наиболее значимые в процессе обогащения азотом почвы, относятся к родам Rhizobium, Bradyrhizobium. Все штаммы ризобий и брадиризобий близки определённому кругу хозяев, а видовое название обычно соответствует того растения (лат.), из клубеньков которого выделены бактерии: Rhizobium trifolii – растение-хозяин клевер, Rhizobium lupini – клубеньковые бактерии люпина и т. д.

Факторы, определяющие симбиотические взаимоотношения клубеньковых бактерий с бобовыми растениями:

– влажность 60-70% (от полной влагоёмкости почвы);
– оптимальная аэрация;
– температура 20-25°;
– рН среды ближе к щелочной;
– углеводное питание;
– минеральные элементы: К, Ca, Mg, S, Fe, Mo, Co, Cu, B;
– отсутствие вредителей и паразитов.

К симбиотическим азотфиксаторам относятся также актиномицеты рода Frankia, азотфиксирующие бактерии рода Chromatium, цианобактерии (и др.). Более 200 видов покрытосеменных и голосеменных растений, в том числе древесные, являются хозяевами для этих симбионтов. Симбиоз с бактериями даёт клубеньки, которые образуются на корнях либо на листьях.

Свободноживущие азотфиксирующие микроорганизмы Способностью фиксировать азот обладают бактерии рода Clostridium, Azotobacter, Beijerinckia, а также большинство аноксигенных фототрофных бактерий, многие цианобактерии, некоторые виды псевдомонад, спорообразующие бактерии, такие, как Bacillus polymyxa, Bacillus megaterium, хемолитоавтотрофные бактерии, метилотрофные, сульфатредуцирующие, метанобразующие бактерии. Особенно эффективно связывают азот виды Azotobacter: Azotobacter chroococcum, Az. beijerinckii, Az. vinelandii, Az. agilis, Az. nigricans, Az. galophilum.

Практическое использование азотфиксирующих микроорганизмов Уже более 100 лет в сельском хозяйстве используются препараты микробной культуры – биоудобрения, которые производятся в промышленных масштабах для обработки семян или для внесения в почву. Это известные препараты: нитрагин, азотобактерин, ризоторфин, сапронин, состав которых зависит от штаммов бактерий, используемых при их производстве.

Действие бактериальных удобрений на растение многогранно: они улучшают азотное питание, усиливают обмен витаминов, продуцируют биологически активные вещества, способствует развитию растений, снижают возможность заражения растений грибковыми и бактериальными инфекциями. Биологические фосфатомобилизаторы У производителей биологических препаратов для растениеводства в последние годы появился широкий спектр биологических препаратов для мобилизации фосфора. Стоит отметить, что инокулянты для бобовых, с ограниченными видами используемых микроорганизмов (значение имеет лишь используемый производителем штамм), не так эффективны, как биоудобрения с широким спектром микроорганизмов для улучшения фосфорного питания растений, представленные огромным количеством родов. Как же в данном случае правильно выбрать препарат?

Азот (N) и фосфор (Р) являются ключевыми элементами в питании растений. Они играют важную роль во всех основных метаболических процессах растений, включая фотосинтез и дыхание, передачу и консервирование энергии, молекулярный биосинтез и трансдукцию сигналов. Несмотря на то, что фосфор содержится в почвах в неорганических и органических формах в достаточном количестве, он ограничивает рост растений, находясь в недоступной форме для поглощения корнями растений. Неорганический фосфат находится в почве в нерастворимых минеральных комплексах, которые активно образуются при частом применении химических удобрений.

Органическое вещество также является важным резервуаром иммобилизованного фосфора, имея от 20 до 80% фосфора почвы. 0,1% от общего количества фосфора растворим в доступной форме для поглощения растениями.

Фосфор в развитии растений Достаточное количество фосфора на ранних этапах развития растений имеет важное значение для закладывания репродуктивных частей культуры.

Он играет важнейшую роль в развитии корневой системы, придавая растениям жизнеспособность, а также устойчивость к болезням, что помогает в формировании полноценных семян и раннем созревании агрокультур. Недоступность и дефицит фосфора уменьшают рост растений. Фосфор составляет 0,2 – 0,8% от сухого веса растения.

Недоступность для растений

Фосфаты превращаются в недоступную для растений форму двумя путями:

1. Через сорбцию фосфатов на поверхности минералов почвы.
2. Осаждением фосфатов свободными ионами Ca2+, Al3+ и Fe3+ в почвенном растворе. По этой причине почвенный фосфор становится недоступным, а необходимые для развития растений его уровни на большинстве почв восполняются химическими удобрениями.

Добыча фосфатных минералов и внесение фосфорных удобрений не является экологически чистым и экономически оправданным. Это порождает ряд проблем:

– выделение фтора – летучего и ядовитого газа,
– удаление гипса.
– накопление Cd и других тяжелых металлов в почве при частом использовании фосфорных удобрений.

Эффективность применяемых фосфорных удобрений в химической форме редко превышает 30% из-за его связывания в форме фосфатов железа/ алюминия в кислых почвах или в виде фосфата кальция в нейтральных и щелочных почвах. Это способствует крупным издержкам сельхозпроизводства и оказывает неблагоприятное экологическое воздействие. Частые применения химических фосфорных удобрений приводят к потере плодородия почв из-за нарушения микробного разнообразия и снижению урожайности сельхозкультур.

Общее содержание фосфора в верхнем (30 см) слое почв составляет от 400 до 4000 кг/га, а за вегетационный период растениями используется лишь около 1% (10-30 кг/га) для формирования биомассы, что говорит о его низкой доступности.

Для повышения доступности фосфора в различных почвах применяют различные технологии, но все они дорогостоящи и сложны. Нужно учитывать, что фосфор – это не возобновляемый ресурс.

Подсчитано, что при текущем уровне использования фосфора, запасы высококачественной фосфоросодержащей породы могут быть исчерпаны в текущем столетии, а производство фосфорных удобрений потребует переработки более низкосортных пород, что в разы увеличит их стоимость. Все эти проблемы, связанные с применением фосфорных удобрений, вместе с огромными затратами на их производство, уже привели к поиску экологичных и экономически выгодных альтернативных стратегий для развития растениеводства.

Биоразнообразие фосфатомобилизаторов Большое количество микроорганизмов растворяют фосфор. Это бактерии, грибы, актиномицеты, водоросли. Перечисленные микроорганизмы способны развиваться в самых разных условиях, но они существенно различаются по способности к растворению минерального фосфата, которая зависит от типа почвы, её физико-химического состава, а также произрастающей культуры. На фосфатмобилизирующие потенциалы этих микроорганизмов значительно влияют концентрация железа, температура и источники углерода и азота. Грибы продуцируют больше кислот, чем бактерии, следовательно, имеют большую фосфатмобилизирующую активность. Они способны проникать намного дальше в почвах, чем бактерии, а также имеют белее выраженный потенциал для растворения фосфора в почвах. Среди филаментозных грибов, которые растворяют фосфат, наиболее известными являются роды Aspergillus, Penicillium, Trichoderma и Rhizoctonia.

В почве бактерии – фосфатмобилизаторы составляют до 50% от общей численности микробной популяции, а грибы лишь 0,1–0,5%. Среди бактерий чаще всего используются виды Pseudomonas и Bacillus, а среди грибов преобладают виды Aspergillus и Penicillium. Но растения по-разному реагируют на инокуляцию фосфатмобилизаторами. Это зависит от факторов:

– температура и pH почвы,
– влажность,
– засоленность,
– источник нерастворимого фосфора,
– метод инокуляции,
– источник углерода,
– штамм микроорганизма.

Около 99% почвенных микроорганизмов – фосфатмобилизаторов так и не нашли применения в качестве биологической основы биоудобрений.

Повышение доступности фосфора

Основные механизмы, используемые почвенными микроорганизмами для превращения фосфора в доступные формы:

1. Высвобождение комплексообразующих или минералрастворяющих соединений, например: анионы органических кислот, сидерофоры, протоны, гидроксильные ионы.
2. Высвобождение внеклеточных ферментов (биохимическая фосфатминерализация).
3. Высвобождение фосфора во время деградации субстрата (биологическая фосфатминерализация).

Микроорганизмы играют важнейшую роль во всех трёх основных компонентах фосфорного цикла почвы: растворение-осаждение, сорбция-десорбция и минерализация-иммобилизация. Эти микроорганизмы в присутствии лабильного углерода служат накопителями фосфора, быстро иммобилизуя его даже при малых его объёмах в почвах. Фосфатмобилизирующие микроорганизмы становятся источником фосфора для растений после его высвобождения из клеток при их гибели изза резкого изменений условий окружающей среды и голодания. Изменения окружающей среды, например, высушивание – повторное увлажнение или замораживание – оттаивание, приводят к промывным процессам, внезапному увеличению доступности фосфора в растворе из-за необычно высокой доли лизиса микроорганизмов.

Около 30-45% микробного фосфора (0,8-1 мг/кг) высвобождается в песчаной почве после циклов сушки – повторного увлажнения уже в течение первых 24 часов.

Тренды и перспективы

Почвенные микроорганизмы участвуют в ряде процессов, которые влияют на трансформацию фосфора и, соответственно, на его доступность растениям. В частности, микроорганизмы могут растворять и минерализовать фосфор из неорганических и органических пулов почвы.

Микробиологические фосфатмобилизаторы представляют собой эффективный способ решения проблемы доступности фосфора в почве. Помимо того, что фосфор становиться доступным для поглощения растениями, он стимулирует рост растений этими микроорганизмами путём производства полезных метаболитов, таких как фитогормоны, антибиотики или сидерофоры. Доказано, что различные препараты фосфатмобилизаторов способствуют росту многих культур.

Биотехнология мобилизации фосфора микроорганизмами даёт отличную возможность разработки экологичного фосфорного биоудобрения, Сегодня в России используется ряд биопрепаратов, успешно справляющихся с задачей мобилизации фосфора. Спрос на такие препараты стабильно растёт.

Деструкторы стерни

На рынке в последние годы появились препараты нового назначения, которых ранее не было. Это деструкторы стерни. Главное назначение такого препарата – борьба за плодородие почвы, как главного фактора получения высоких и стабильных урожаев. Для этого нужно обогатить почву микроорганизмами, которые исчезли из неё в процессе интенсивного земледелия.

Почвенные микроорганизмы – это специально отселекционированные микроорганизмы с максимально развитой функцией защиты и питания растений, содержащиеся в комплексных микробно – ферментные препаратах для ускорения процесса гумификации и минерализации пожнивных растительных остатков и оздоровления почвы, а также комплексные биопрепараты для улучшения микробиологического состояния почвы, повышения количества доступных форм макро– и микроэлементов, стимуляции развития полезной микрофлоры и улучшения структуры почвы.

Микробиологические культуры – деструкторы стерни, это антагонисты возбудителей корневых гнилей, болезней стебля и листьев, культуры азотфиксаторы и фосфоркалий мобилизаторы, для повышения биологической активности почвы и количества фосфора, калия и азота в доступной форме.

Биоремедиация

Процесс очистки загрязненных почв с применением микроорганизмов называется биоремидиацией. Это естественный, экологически безопасный и экономически эффективный способ удаления загрязняющих веществ из окружающей среды. Процесс биоремедиации осуществляется путём внесения в почву микроорганизмов, использующих в качестве источника своего питания загрязняющие вещества.

Микроорганизмы преобразуют загрязняющие вещества в безопасные соединения, такие, как углекислый газ и вода. Этот процесс не является быстрым и требует постоянного контроля. Для эффективной работы микроорганизмов необходимо соблюдение ряда условий:

– температура окружающей среды,
– влажность,
– кислотность (рН),
– наличие питательных биогенных элементов.

Все вышеперечисленные параметры должны находиться в диапазоне толерантности, то есть, в границах оптимальных значений для развития и функционирования микроорганизмов, отвечающих за биоремедиацию почвы.

Существует два основных типа биоремедиации:

Еx situ – за пределами территории. Предполагает выемку загрязненной почвы и её обработку в отдельном месте, например, на полигоне, в биореакторе или компостной куче. Почва смешивается с водой и питательными веществами, в следствие чего создается идеальная среда для бактерий, расщепляющих загрязняющие вещества. После того как загрязняющие вещества расщеплены, почва может быть безопасно возвращена в окружающую среду.

In situ – в месте нахождения. Это обработка загрязненной почвы на месте загрязнения, без перемещения загрязненных участков почвы. Может быть осуществлена с помощью различных способов, таких, как биоаугментация, биостимуляция и фиторемедиация.

Гуматы и гумус

Гумус – это органическое вещество, образующееся в почве в результате разложения растений и других органических материалов. Является важнейшим компонентом здоровой почвы. Гуматы – это группа органических соединений, получаемых из гумуса. Они содержат ряд питательных веществ и органических соединений, которые могут стимулировать рост и активность микроорганизмов.

Бактериальные удобрения

Бактериальные удобрения являются продуктом жизнедеятельности бактерий, способствующих повышению плодородия почвы. Бактерии, содержащиеся в удобрении, обладают способностью фиксировать азот из воздуха и превращать его в доступную форму для растений. Благодаря этому увеличивается урожайность и качество продукции.

Применение бактериальных удобрений позволяет сократить затраты на покупку минеральных удобрений, которые могут быть вредными для окружающей среды. Бактериальные удобрения не содержат вредных химических соединений и не загрязняют почву и воду.

Биоудобрения

Биоудобрения являются продуктом жизнедеятельности растительных остатков и животных отходов. Они содержат органические вещества, которые могут быть использованы растениями в качестве питательных веществ. Биоудобрения являются более медленно действующими, чем бактериальные удобрения, и требуют большего времени для того, чтобы превратиться в доступную форму для растений.

Одним из основных преимуществ биоудобрений является то, что они способствуют улучшению структуры почвы и повышению ее влагоудерживающей способности. Однако, они не обладают способностью фиксировать азот из воздуха, что ограничивает их эффективность в качестве удобрений.

Различия между бактериальными и биоудобрениями Основное отличие между бактериальными и биоудобрениями заключается в их составе и способности фиксировать азот. Бактериальные удобрения содержат бактерии, которые могут фиксировать азот из воздуха и превращать его в доступную форму для растений. Биоудобрения содержат органические вещества, которые могут быть использованы растениями в качестве питательных веществ.

Еще одним отличием между бактериальными и биоудобрениями является скорость их действия.

Бактериальные удобрения начинают действовать намного быстрее, чем биоудобрения, что позволяет получить быстрый результат и увеличить урожайность. Биоудобрения действуют более медленно и требуют большего времени для того, чтобы превратиться в доступную форму для растений.

Почему использование бактериальных удобрений является более эффективным вариантом

Использование бактериальных удобрений является более эффективным вариантом в сельском хозяйстве по нескольким причинам. Во-первых, бактериальные удобрения обладают способностью фиксировать азот из воздуха, что позволяет увеличить урожайность и качество продукции.

Во-вторых, бактериальные удобрения начинают действовать намного быстрее, чем биоудобрения, что позволяет получить быстрый результат и увеличить урожайность. В-третьих, бактериальные удобрения не содержат вредных химических соединений и не загрязняют почву и воду.

Преимущества биоудобрений

Образованные живыми организмами биологические удобрения превосходят привычные органические и неорганические удобрения:

1. Практически полностью усваиваются растениями.
2. Обеззараживают почву от патогенной микрофлоры.
3. Увеличивают содержание активной микрофлоры: 1012 колоний/г в сравнении с 109 колоний/г навоза.
4. Сохраняют в почве питательные микроэлементы. Так, за сезон из-за вымывания в почве остается 20% органических удобрений и 85% биоудобрений.
5. Не образуют нитраты.

https://agroyug.ru

#удобрения 

Комментариев: 0   Просмотров: 72

Пока нет комментариев. Станьте первым!

Оставлять комментарии могут только авторизованные пользователи.