Микроорганизмы различных видов играют главную роль в бесконечном круговоротевеществ в биоценозах, замыкая биологические циклы экосистем через минерализациюорганических остатков. Про микробиологические и бактериальные удобрениянам рассказал Бирин Александр, начальник отдела мониторингаи страховой экспертизы АО СК «РСХБ-Страхование».Биологические удобрения: мифологизация или реальность?В почве параллельно с разложением органических остатков идут процессы гумификации, в которыхвелика роль почвенной биоты – микроорганизмов.Разновидности мёртвого органического вещества,подвергаясь в почве биологическому разложению и окислению – гумификации, преобразуютсяв единую, стабильную химическую субстанцию почвенного субстрата, называемого гумусовыми веществами. Гумус накапливается из-за длительноговзаимодействия, а также взаимовлияния живущих впочве организмов и высших растений. Почвенноеплодородие, имеющее в основе гумусовые вещества, во многом зависит от структуры и активностипочвенной микробиоты.Биоценоз определяется как участок земнойповерхности, где он и отвечающие ему части атмосферы, литосферы, гидросферы и педосферыоднородны, образуя единый внутренне взаимообусловленный комплекс.Свободноживущие и симбиотическиеазотфиксирующие микроорганизмыРезультатом связывания азота симбиотическимиазотфиксирующими бактериями почва ежегоднообогащается азотом в количестве 100-300 кг на1 га. Свободноживущие азотфиксирующие микроорганизмы вносят в почву от 1-3 кг до 30-40 кгазота 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.Симбиотическиеазотфиксирующие микроорганизмыКлубеньковые (симбиотические) бактерии, наиболее значимые в процессе обогащения азотом почвы, относятся к родам Rhizobium, Bradyrhizobium. Всештаммы ризобий и брадиризобий близки определённомукругу хозяев, а видовое название обычно соответствуеттого растения (лат.), из клубеньков которого выделеныбактерии: Rhizobium trifolii – растение-хозяин клевер,Rhizobium lupini – клубеньковые бактерии люпина и т. д."акторы, определяющие симбиотические взаимоотношения клубеньковых бактерий с бобовымирастениями:– 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 такжеактиномицеты рода Frankia, азотфиксирующие бактериирода Chromatium, цианобактерии (и др.). Более 200 видов покрытосеменных и голосеменных растений, в томчисле древесные, являются хозяевами для этих симбионтов. Симбиоз с бактериями даёт клубеньки, которыеобразуются на корнях либо на листьях.Свободноживущиеазотфиксирующие микроорганизмыСпособностью фиксировать азот обладают бактерии рода Clostridium, Azotobacter, Beijerinckia, а такжебольшинство 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 азотвиды Azotobacter: Azotobacter chroococcum, Az. beijerinckii,Az. vinelandii, Az. agilis, Az. nigricans, Az. galophilum.Практическое использованиеазотфиксирующих микроорганизмов"же более 100 лет в сельском хозяйстве используются препараты микробной культуры – биоудобрения,которые производятся в промышленных масштабах дляобработки 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 растениемногогранно: они улучшают азотное питание, усиливаютобмен витаминов, продуцируют биологически активныевещества, способствует развитию растений, снижаютвозможность заражения растений грибковыми и бактериальными инфекциями.Биологические фосфатомобилизаторы" производителей биологических препаратов длярастениеводства в последние годы появился широкийспектр биологических препаратов для мобилизациифосфора. Стоит отметить, что инокулянты для бобовых, сограниченными видами используемых микроорганизмов(значение имеет лишь используемый производителемштамм), не так эффективны, как биоудобрения с широким спектром микроорганизмов для улучшения фосфорного питания растений, представленные огромнымколичеством родов. Как же в данном случае правильновыбрать 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 итрансдукцию сигналов. Несмотря на то, что фосфорсодержится в почвах в неорганических и органических формах в достаточном количестве, он ограничивает рост растений, находясь в недоступной формедля поглощения корнями растений. Неорганическийфосфат находится в почве в нерастворимых минеральных комплексах, которые активно образуютсяпри частом применении химических удобрений.Органическое вещество также является важнымрезервуаром иммобилизованного фосфора, имея от20 до 80% фосфора почвы. 0,1% от общего количества фосфора растворим в доступной форме дляпоглощения растениями."осфор в развитии растенийДостаточное количество фосфора на раннихэтапах развития растений имеет важное значениедля закладывания репродуктивных частей культуры.Он играет важнейшую роль в развитии корневойсистемы, придавая растениям жизнеспособность,а также устойчивость к болезням, что помогает вформировании полноценных семян и раннем созревании агрокультур. Недоступность и дефицитфосфора уменьшают рост растений. "осфор составляет 0,2 – 0,8% от сухого веса растения.Недоступность для растений"осфаты превращаются в недоступную для растений форму двумя путями:1. Через сорбцию фосфатов на поверхностиминералов почвы.2. Осаждением фосфатов свободными ионамиCa2+, Al3+ и Fe3+ в почвенном растворе. По этой причине почвенный фосфор становится недоступным,а необходимые для развития растений его уровнина большинстве почв восполняются химическимиудобрениями.Добыча фосфатных минералов и внесение фосфорных удобрений не является экологически чистыми экономически оправданным. Это порождает рядпроблем:– выделение фтора – летучего и ядовитого газа,– удаление гипса.– накопление Cd и других тяжелых металловв почве при частом использовании фосфорныхудобрений.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 фосфатакальция в нейтральных и щелочных почвах. Этоспособствует крупным издержкам сельхозпроизводства и оказывает неблагоприятное экологическоевоздействие. Частые применения химических фосфорных удобрений приводят к потере плодородияпочв из-за нарушения микробного разнообразия иснижению урожайности сельхозкультур.Общее содержание фосфора в верхнем (30 см)слое почв составляет от 400 до 4000 кг/га, а завегетационный период растениями используетсялишь около 1% (10-30 кг/га) для формированиябиомассы, что говорит о его низкой доступности.Для повышения доступности фосфора в различных почвах применяют различные технологии, но всеони дорогостоящи и сложны. Нужно учитывать, чтофосфор – это не возобновляемый ресурс.Подсчитано, что при текущем уровне использования фосфора, запасы высококачественной фосфоросодержащей породы могут быть исчерпаны втекущем столетии, а производство фосфорных удобрений потребует переработки более низкосортныхпород, что в разы увеличит их стоимость. Все этипроблемы, связанные с применением фосфорныхудобрений, вместе с огромными затратами на ихпроизводство, уже привели к поиску экологичных иэкономически выгодных альтернативных стратегийдля развития растениеводства.Биоразнообразие фосфатомобилизаторовБольшое количество микроорганизмов растворяют фосфор. Это бактерии, грибы, актиномицеты,водоросли. Перечисленные микроорганизмы способны развиваться в самых разных условиях, но онисущественно различаются по способности к растворению минерального фосфата, которая зависит оттипа почвы, её физико-химического состава, а такжепроизрастающей культуры. На фосфатмобилизирующие потенциалы этих микроорганизмов значительно влияют концентрация железа, температураи источники углерода и азота. Грибы продуцируютбольше кислот, чем бактерии, следовательно, имеютбольшую фосфатмобилизирующую активность. Ониспособны проникать намного дальше в почвах, чембактерии, а также имеют белее выраженный потенциал для растворения фосфора в почвах.Среди филаментозных грибов, которые растворяют фосфат, наиболее известными являются родыAspergillus, Penicillium, Trichoderma и Rhizoctonia.В почве бактерии – фосфатмобилизаторы составляютдо 50% от общей численности микробной популяции, а грибы лишь 0,1–0,5%. Среди бактерий чащевсего используются виды Pseudomonas и Bacillus,а среди грибов преобладают виды Aspergillus иPenicillium. Но растения по-разному реагируют наинокуляцию фосфатмобилизаторами. Это зависитот 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 вкачестве биологической основы биоудобрений.Повышение доступности фосфораОсновные механизмы, используемые почвенными микроорганизмами для превращения фосфорав доступные формы:1. Высвобождение комплексообразующих илиминералрастворяющих соединений, например: анионы органических кислот, сидерофоры, протоны,гидроксильные ионы.2. Высвобождение внеклеточных ферментов(биохимическая фосфатминерализация).3. Высвобождение фосфора во время деградациисубстрата (биологическая фосфатминерализация).Микроорганизмы играют важнейшую роль во всехтрёх основных компонентах фосфорного цикла почвы:растворение-осаждение, сорбция-десорбция и минерализация-иммобилизация. Эти микроорганизмы в присутствии лабильного углерода служат накопителямифосфора, быстро иммобилизуя его даже при малых егообъёмах в почвах. "осфатмобилизирующие микроорганизмы становятся источником фосфора для растенийпосле его высвобождения из клеток при их гибели изза резкого изменений условий окружающей среды иголодания. Изменения окружающей среды, например,высушивание – повторное увлажнение или замораживание – оттаивание, приводят к промывным процессам,внезапному увеличению доступности фосфора в раствореиз-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 перспективыПочвенные микроорганизмы участвуют в ряде процессов, которые влияют на трансформацию фосфора и,соответственно, на его доступность растениям. В частности, микроорганизмы могут растворять и минерализоватьфосфор из неорганических и органических пулов почвы.Микробиологические фосфатмобилизаторы представляют собой эффективный способ решения проблемыдоступности фосфора в почве. Помимо того, что фосфорстановиться доступным для поглощения растениями, онстимулирует рост растений этими микроорганизмамипутём производства полезных метаболитов, таких какфитогормоны, антибиотики или сидерофоры. Доказано, что различные препараты фосфатмобилизаторовспособствуют росту многих культур.Биотехнология мобилизации фосфора микроорганизмами даёт отличную возможность разработки экологичного фосфорного биоудобрения, Сегодня в Россиииспользуется ряд биопрепаратов, успешно справляющихся с задачей мобилизации фосфора. Спрос на такиепрепараты стабильно растёт.Деструкторы стерниНа рынке в последние годы появились препаратынового назначения, которых ранее не было. Это деструкторы стерни. Главное назначение такого препарата– борьба за плодородие почвы, как главного фактораполучения высоких и стабильных урожаев. Для этогонужно обогатить почву микроорганизмами, которыеисчезли из неё в процессе интенсивного земледелия.Почвенные микроорганизмы – это специально отселекционированные микроорганизмы с максимальноразвитой функцией защиты и питания растений, содержащиеся в комплексных микробно – ферментныепрепаратах для ускорения процесса гумификации иминерализации пожнивных растительных остатков и оздоровления почвы, а также комплексные биопрепаратыдля улучшения микробиологического состояния почвы,повышения количества доступных форм макро– и микроэлементов, стимуляции развития полезной микрофлорыи улучшения структуры почвы.Микробиологические культуры – деструкторы стерни,это антагонисты возбудителей корневых гнилей, болезнейстебля и листьев, культуры азотфиксаторы и фосфоркалий мобилизаторы, для повышения биологическойактивности почвы и количества фосфора, калия и азотав доступной форме.БиоремедиацияПроцесс очистки загрязненных почв с применением микроорганизмов называется биоремидиацией. Это естественный, экологически безопасный иэкономически эффективный способ удаления загрязняющих веществ из окружающей среды. Процессбиоремедиации осуществляется путём внесения впочву микроорганизмов, использующих в качествеисточника своего питания загрязняющие вещества.Микроорганизмы преобразуют загрязняющие вещества в безопасные соединения, такие, как углекислыйгаз и вода. Этот процесс не является быстрым итребует постоянного контроля. Для эффективнойработы микроорганизмов необходимо соблюдениеряда условий:– температура окружающей среды,– влажность,– кислотность (рН),– наличие питательных биогенных элементов.Все вышеперечисленные параметры должнынаходиться в диапазоне толерантности, то есть, вграницах оптимальных значений для развития ифункционирования микроорганизмов, отвечающихза биоремедиацию почвы.Существует два основных типа биоремедиации:Еx situ – за пределами территории. Предполагает выемку загрязненной почвы и её обработку вотдельном месте, например, на полигоне, в биореакторе или компостной куче. Почва смешиваетсяс водой и питательными веществами, в следствиечего создается идеальная среда для бактерий, расщепляющих загрязняющие вещества. После того какзагрязняющие вещества расщеплены, почва можетбыть безопасно возвращена в окружающую среду.In situ – в месте нахождения. Это обработказагрязненной почвы на месте загрязнения, безперемещения загрязненных участков почвы. Можетбыть осуществлена с помощью различных способов, таких, как биоаугментация, биостимуляция ифиторемедиация.Гуматы и гумусГумус – это органическое вещество, образующееся в почве в результате разложения растенийи других органических материалов. Является важнейшим компонентом здоровой почвы.Гуматы – это группа органических соединений, получаемых из гумуса. Они содержат рядпитательных веществ и органических соединений,которые могут стимулировать рост и активностьмикроорганизмов.Бактериальные удобренияБактериальные удобрения являются продуктомжизнедеятельности бактерий, способствующихповышению плодородия почвы. Бактерии, содержащиеся в удобрении, обладают способностьюфиксировать азот из воздуха и превращать его вдоступную форму для растений. Благодаря этомуувеличивается урожайность и качество продукции.Применение бактериальных удобрений позволяет сократить затраты на покупку минеральныхудобрений, которые могут быть вредными дляокружающей среды. Бактериальные удобренияне содержат вредных химических соединений ине загрязняют почву и воду.БиоудобренияБиоудобрения являются продуктом жизнедеятельности растительных остатков и животных отходов. Они содержат органические вещества, которыемогут быть использованы растениями в качествепитательных веществ. Биоудобрения являются болеемедленно действующими, чем бактериальные удобрения, и требуют большего времени для того, чтобыпревратиться в доступную форму для растений.Одним из основных преимуществ биоудобренийявляется то, что они способствуют улучшению структуры почвы и повышению ее влагоудерживающейспособности. Однако, они не обладают способностью фиксировать азот из воздуха, что ограничиваетих эффективность в качестве удобрений.Различиямежду бактериальными и биоудобрениямиОсновное отличие между бактериальными ибиоудобрениями заключается в их составе и способности фиксировать азот. Бактериальные удобрениясодержат бактерии, которые могут фиксировать азотиз воздуха и превращать его в доступную формудля растений. Биоудобрения содержат органическиевещества, которые могут быть использованы растениями в качестве питательных веществ.Еще одним отличием между бактериальнымии биоудобрениями является скорость их действия.Бактериальные удобрения начинают действоватьнамного быстрее, чем биоудобрения, что позволяетполучить быстрый результат и увеличить урожайность. Биоудобрения действуют более медленно итребуют большего времени для того, чтобы превратиться в доступную форму для растений.Почему использованиебактериальных удобренийявляется более эффективным вариантомИспользование бактериальных удобрений является более эффективным вариантом в сельскомхозяйстве по нескольким причинам. Во-первых,бактериальные удобрения обладают способностью фиксировать азот из воздуха, что позволяетувеличить урожайность и качество продукции.Во-вторых, бактериальные удобрения начинаютдействовать намного быстрее, чем биоудобрения, что позволяет получить быстрый результат иувеличить урожайность. В-третьих, бактериальныеудобрения не содержат вредных химических соединений и не загрязняют почву и воду.Преимущества биоудобренийОбразованные живыми организмами биологические удобрения превосходят привычные органические и неорганические удобрения:1. Практически полностью усваиваются растениями.2. Обеззараживают почву от патогенной микрофлоры.3. "величивают содержание активной микрофлоры: 1012 колоний/г в сравнении с109 колоний/г навоза.4. Сохраняют в почве питательные микроэлементы. Так, за сезон из-за вымывания в почве остается 20% органических удобренийи 85% биоудобрений.5. Не образуют нитраты.https://agroyug.ru