Как микроорганизмы влияют на почву

Обновлено: 05.10.2024

Основную биомассу микромира почвы составляют грибы, актиномицеты и бактерии . Также всегда есть какое-то количество архей, вирусов, бактериофагов, водорослей, простейших.

Последние выводы ученых - общая биомасса подземных обитателей, по крайней мере, не меньше, чем биомасса всех наземных организмов .

Микробиота находится в постоянной активности – идет борьба за еду, создаются симбиотические сообщества, ведутся войны, создается оружие (в основном, химическое).

Микромир разных почв, даже разных участков одного огорода, может существенно различаться. Картина микромира зависит от времени года и даже дня, температуры и влажности, рН почвы, освещенности и множества других факторов. Это существенно затрудняет практическую работу ученых и логическую достоверность их выводов.

Наука о почвенном микромире – одна из самых новых, хотя первые исследования были сделаны еще в 19 веке. Очень интересно знакомиться с современными научными работами.

Вот ряд выводов, к которым приходят исследователи. Их стоит взять на заметку каждому огороднику:

- Микробиота кислых почв, в основном, представлена грибами. В торфах на долю грибов приходится до 90% от массы всей почвенной биоты.

- Чем более плодородна почва, тем больше в ней аэробных бактерий и актиномицетов. Скорее всего, достоверно и обратное.

- Именно бактерии отвечают за круговорот азота. Одни фиксируют азот воздуха (азотфиксирующие), другие расщепляют белки растительного и животного опада, навоза, выделяя в почву аммиак (аммонифицирующие). Следующие бактерии окисляют аммиак до нитрозо- и нитросоединений (нитрофицирующие). В форме нитратов азот попадает и в растения. Остатки нитратов в почве денитрофицирующие бактерии восстанавливают до молекулярного азота. И круговорот этого элемента повторяется.

- Когда человек вносит в почву минеральные удобрения, он кормит не только (а может быть, не столько) растения, но и микроорганизмы. Есть многократно подтвержденные данные исследователей, показывающие, что количество микробиоты после внесения удобрений вырастает в разы.

- Для жизнедеятельности бактерий, отвечающих за оборот азота в почве, требуется нейтральная кислотность. В кислой среде они не работают.

- Органические кислоты (гуматы), которые составляют основу органических удобрений (навоза, перегноя, вермикомпоста) не могут усваиваться растениями. Они должны сначала переработаться микроорганизмами (минерализоваться), и в таком виде уже становятся доступны растениям. Это значит, что органикой мы подкармливаем не растения, а микробиоту. Но зато микроорганизмы, получив легко усваиваемую пищу, активно размножаются, синтезируют ферменты, гормоны, витамины, антибиотики, которые нужны растениям не меньше, чем минеральные компоненты.

Принято говорить, что микробиота формирует пищевые цепочки. Что они в себя включают?

- Часть микроорганизмов существует за счет живых биологических субстанций и растения (микробы-паразиты или гетеротрофы).

- Часть микроорганизмов перерабатывает неживую органику (их называют сапрофиты), переводя ее в гумусовые соединения. Здесь первыми в пищевой цепочке являются грибы. И далее, проходя через организмы ряда бактерий, гумус постепенно перерабатывается в минеральные компоненты.

- В почвенной среде много дружественных симбиозов, помогающих его членам выживать. Всем известны симбиозы грибов и водорослей – лишайники.

Для нас важно, что корни растений (ризота) дружат с грибами и бактериями, создавая микоризу.

Без дружественных (или временно прикидывающихся друзьями) микроорганизмов растения обречены на голод и не защищены от врагов и болезней.

Вспомним про питание растений. Мы знаем, что оно бывает воздушное и корневое.

Воздушное питание обеспечивают зеленые листья. Они способны улавливать из воздуха углекислый газ и трасформировать его в углеводы (этот процесс называется фотосинтезом и протекает с использованием хлорофилла). Углеводы – ценный, энергоемкий вид питания.

Углеводы транспортируются к корням, где их поджидают всевозможные микрообитатели почвы. Некоторые из них – например, отдельные виды грибов, азотфиксирующие бактерии проникают непосредственно в ткани корней, другие образуют колонии вокруг корневых волосков. Корни выделяют углеводы, и всасывают почвенные растворы, в которых есть минеральные компоненты, а также продукты жизнедеятельности микроорганизмов - ферменты, гормоны, другие биологически активные вещества. Это корневое питание растений.

- Грибы, проросшие в корни растений, могут эффективно поставлять растениям воду, так как их отростки (гифы) могут расти существенно быстрее корней, и их длина может измеряться километрами. Грибы могут глубже корней проникать в почву в поисках воды, так как им не опасны анаэробные (лишенные кислорода) среды.

Более конкретно о почвенном микромире, о том, как использовать микроорганизмы на практике, будет рассказано в следующих статьях.

Поэтому подписывайтесь на наш канал!

Попробуем разобраться в хитросплетениях мифов и реальностей.

Вас ждут неожиданные факты, полезные для практики результаты научных исследований.

В статье рассматриваются виды микробов, их функции микроорганизмов в почве, и влияние среды на их жизнедеятельность.

Ключевые слова: микроорганизмы, почва, плодородие.

The article deals with the types of microbes, their functions of microorganisms in the soil, and the influence of the environment on their livelihoods.

Keywords: Microorganisms, soil, fertility.

Почвенные бактерии ведут свою историю с тех времен, когда представители органической жизни только начали выбираться на сушу.

Почва — сложный субстрат. Точно определить факторы, которые регулируют микробиологические процессы в ней чрезвычайно трудно.

Однако неоднородность почвы приводит к тому, что для организмов разных видов она выступает как разная среда. К примеру, в плодородной почве общая биомасса бактерий достигает 500 кг/га и более, наибольшее значение для плодородия почв имеют микроорганизмы, участвующие в круговороте азота в природе: азотфиксирующие бактерии родов Azotobacter, Rhizobium, актиномицеты рода Frankia и другие; нитрифицирующие бактерии; спорообразующие палочки родов Bacillus и Clostridium.

Всех живых обитателей почвы можно отнести к трём надцарствам (безъядерные — Acaryotae; предъядерные — Procaryotae; ядерные — Eucaryotae)

Почвенные бактерии образуют три основных класса: Actinomycetae, Eubacteriae и Myxobacteriae, которые включают в себя различные по форме и функциям микроорганизмы. Основная масса микроорганизмов локализована в верхних, богатых органикой горизонтах почвы. Чем ниже почвенный горизонт в почвенном профиле, тем больше снижается численность микроорганизмов, причем более или менее резко в зависимости от типа почвы. [1]

Численность и качественный состав микроорганизмов в почве зависит также и от сезона года. К примеру, почти во всех типах почв резко увеличение физиологической активности и численности микроорганизмов наблюдается в сезон весны.

Микроскопические организмы почвы выполняют множество различных функций. Например, они в анаэробных условиях активно ферментируют комплексные органические соединения, преобразуя их в простые молекулярные соединения, легко усваиваемые растениями. Огромное значение в повышении урожайности растений и улучшении плодородия почвы имеют микробы-антагонисты. Это особая группа бактерий, грибов, дрожжей и прочих микроорганизмов, которая вырабатывает различные биологически активные вещества. В первую очередь антибиотические вещества, подавляющие рост и развитие патогенной микрофлоры.

Существует деление агропочвенных микроорганизмов по их функциям:

Деструкторы — бактерии, которые проживают в грунте и минерализуют базисные соединения, находящиеся в верхнем слое земли. Их роль — преобразование остатков живых веществ и растений в эклектические элементы.
Азотфиксирующие микроорганизмы (которые подразделяются на ассоциативные, симбиотические, свободно живущие) — симбионты растений. Их значимость заключается в том, что только этот тип бактерий способен объединять неорганичные кислородные элементы и обеспечивать ими растения. Именно благодаря этому почва и растения получают важные минеральные вещества.
Хемоавтотрофы — микроорганизмы, которые сосредотачивают существующие неорганические вещества в базисные молекулы. Их значимость состоит в том, что они могут подвергать обработке накапливающиеся в основе эклектические элементы, а затем передавать их растениям. [2]

Микроорганизмов в почве очень большое количество: по данным М. С. Гилярова в каждом грамме чернозема насчитывается 2–2,5 миллиарда бактерий. Микроорганизмы способны не только разлагать органические остатки на более простые минеральные и органические соединения, но и синтезировать высокомолекулярных соединений — перегнойных кислот, которые образуют запас питательных веществ в почве.

Основной поставщик питательных веществ растений — аэробные микроорганизмы, для которых без кислорода невозможно осуществления процессов жизнедеятельности. Увеличение рыхлости, водопроницаемости при оптимальной влажности и температуре почвы обеспечивает наибольшее поступление питательных веществ к растениям, что и стимулирует их бурный рост, увеличение урожайности. Чем плодороднее почвы, чем больше в них перегноя, тем плотнее заселены они микроорганизмами. Легко заметить, что в одних почвах микробов больше, в других меньше.

Накопление микроорганизмов в значительной степени зависит от количественного и качественного содержания органических веществ в отмерших растительных и животных остатках. Если ориентироваться на средние цифры, полученные при наблюдениях за численностью микробов в почве, то можно составить представление о богатстве тех или иных почв микроорганизмами. Вначале микробов больше, а после минерализации органических веществ их количество уменьшается. Это, по-видимому, связано с уменьшением питательных веществ для микроорганизмов.

При высушивании почва обедняется микроорганизмами. Иногда их численность уменьшается в 2–3 раза, но возможно и в 5–10 раз; наиболее жизнеспособны актиномицеты, затем микобактерии. Полного вымирания бактерий, в условиях длительной засухи почвы, не происходит. Даже у чувствительных к высушиванию культур имеются единичные клетки, которые длительное время сохраняются в анабиотическом состоянии.

На распределение некоторых микробов в почве сильное влияние оказывает кислотность почвенного раствора, так в почвах с нейтральной или слегка щелочной реакцией бактерий намного больше, чем в кислых или других почвах.

Почвы резко разнятся по своим свойствам, поэтому возникло предположение о существовании различия в составе населяющих их микроорганизмов. За небольшой промежуток времени число микроорганизмов в почве может значительно изменяться. Это следствие многих факторов: динамики температуры и влажности почвы, состояния растительного покрова, от типа почвы, генетического горизонта, содержанию в нем органических веществ, сезона года, климатических условий и т. д. Изменчивость количества микроскопических организмов не решает вопроса о разной плотности заселения микроорганизмами почв различных типов.

В составе почвенной массы, помимо наличия активного биоорганоминерального комплекса (включающего органические вещества, почвенную микрофлору, почвенный раствор и почвенный поглощающий комплекс) Лазарев выделяет неактивную часть. Она представлена внутренними слоями минералов, принимающих участие в химических, биохимических и микробиологических процессах.

В биоорганоминеральном комплексе Лазарев усматривает наличие следующих пяти систем.

Третья — микробная группировка, минерализующая α-гуматы. Предполагается, что она включает аммонификаторы, аэробные целлюлозные микроорганизмы, денитрификаторы, нитрификаторы, бактерии, редуцирующие сульфаты и т. д.

Четвертая биологически инертная система характеризуется наличием в ней гуматов, обедненных азотом (β-гуматов), которые образуются в почвах, богатых известью. Кальций ослабляет связь между гуматной и протеиновой частями перегноя, и последняя подвергается разрушению.

Пятая система представляет часть третьей, связанной с корневой системой растений. [3]

В южных широтах в сезон засушливого и жаркого лета численность микроорганизмов резко сокращается, в то время как в почвах северной зоны (при условиях достаточного увлажнения) колебания численности микроорганизмов выражены менее резко.

На динамику численности микроорганизмов в почве оказывают влияние не только влажность и температура, но и фаза развития растений, поступление в почву органического распада, накопление микробных метаболитов и многое другое. Кроме сезонных колебаний численности микроорганизмов, в почве наблюдаются изменения численности, и структуры микробных группировок за короткие промежутки времени — месяцы, недели и даже сутки.

Знания о микроорганизмах активно используются в сельскохозяйственном производстве.

От сапротрофных организмов напрямую зависит плодородие почвы. Их количество отвечает за условия получения высокого урожая; без этих организмов запасы полезных веществ быстро исчерпались бы.

Поэтому для повышения плодородия культурные поля обрабатывают и вносят органические удобрения. Это способствует повышению активности полезных микробов. В почвах с более энергичными мобилизационными процессами преобладают бациллы, использующие не только органический, но и минеральный азот. Наоборот, в почвах со слабо протекающими процессами минерализации органических веществ доминируют спорообразующие бактерии, для которых необходим органический азот. В этом проявляется глубокая связь физиологии микроорганизмов со свойствами среды их обитания. [4]

В процессе развития растения и микроорганизмы научились не просто мирно существовать друг с другом, но и вступать в различные симбиотические связи. Переводят азот из атмосферы в почву, преобразовывая его в доступную для растений форму. Взамен получают необходимые углеводы и минеральные соли, которые растения усваивают из воздуха.

Повышение уровня азота в почве позитивно сказывается на растениях: у них ускоряется развитие корней, укрепляется иммунитет, повышается сопротивляемость стрессам и патогенам, и как следствие увеличивается количество урожая.

Многие микроорганизмы выделяют антибиотические вещества и тем самым защищают растения от фитопатогенов, некоторые способны синтезировать стимуляторы роста для растений. Но в тоже время многие бактерии, в определённых условиях, способны осуществлять процесс денитрификация, что приводит к дефициту азота в почве.

Основные термины (генерируются автоматически): почва, микроорганизм, вещество, растение, бактерия, численность микроорганизмов, организм, почвенный раствор, соединение, тип почвы.

Микроорганизмы и микробиологические процессы играют важную роль в плодородии почвы и питании растений.

Почва создает условия для развития микрофлоры, которая, в свою очередь, оказывает специфическое влияние на почву. В каждом виде почв, обладающем конкретными физико-химическими свойствами, развиваются определенное количество и группы микроорганизмов и устанавливается биологическое равновесие, характерное для данных условий и сезона.

Изменение водного, воздушного и питательного режимов почвы сказывается существенным образом на микрофлоре: меняются количество отдельных групп микроорганизмов, т. е. соотношение между ними, а также динамика и интенсивность микробиологических процессов. Поэтому изучение биологии почвы является непременным условием при применении различных агротехнических мероприятий. Для поддержания и повышения почвенного плодородия и эффективного использования вносимых удобрений необходимо также исследование различных аспектов течения микробиологических процессов.

В условиях интенсивного земледелия в почву вносится значительное количество минеральных удобрений, которые довольно существенно влияют на соотношение питательных веществ в почвенном растворе и в естественных условиях являются причиной нарушения установленного биологического равновесия. В результате этих изменений усиливаются процессы минерализации и в почву поступает больше доступных питательных веществ, которые могут быть биологическим путем переведены в усвояемые формы. Кроме того, возрастают газообразные потери азота. Все это сказывается на почвенном плодородии и условиях питания растений.

Почва — сложный субстрат и точно определить факторы, которые регулируют микробиологические процессы в ней, довольно, трудно. Количественные и качественные изменения микрофлоры связаны с питательным режимом почвы и с условиями питания растений. Определение микробиологических процессов, оказывающих существенное влияние на содержание отдельных питательных элементов в почве, является важной задачей, решение которой обусловливает повышение почвенного плодородия и эффективности удобрения. Органические остатки (в агроэкосистемах это, в основном, пожнивные остатки) служат субстратом и главным источником энергии для почвенной микрофлоры. От их количества и химического состава зависит характер и интенсивность микробиологических процессов в почве.

Большую роль играют микроорганизмы в трансформации азота в почве. Аммонифицирующие бактерии, многие актиномицеты, микроскопические грибы и другие микроорганизмы обусловливают минерализацию органического вещества в почве и высвобождение доступного растениям аммонийного азота. Нитрифицирующие бактерии превращают аммонийный азот в нитриты и нитраты. Значительна по составу и количеству микрофлора, использующая минеральный азот и превращающая его в органические формы (процесс иммобилизации). Денитрифицирующие бактерии предопределяют невозвратимые потери газообразного азота. Такие виды, как Azotobacter (az. chroococcum) или Clostridium (Q. pasteurianum) , биологически фиксируют поступающий в почву азот атмосферы. Следовательно, трансформация азота самым тесным образом связана с почвенной микрофлорой, от деятельности которой зависит азотный режим почвы, т. е. количество и качество почвенного азота.

Микроорганизмы осуществляют круговорот веществ в почве, влияя на минерализацию органических остатков и превращая нерастворимые формы в доступные для растений соединения. При этих процессах происходит активное выделение метаболитов — продуктов, участвующих в синтезе гумуса. Микроорганизмы содействуют накоплению и разложению гумуса. Количество и качество питательных веществ в почве зависит от интенсивности микробиологических процессов аммонификации и нитрификации, от целлюлозоразлагающей и ферментативной активности и т. д.

Эффективность азотных удобрений бывает невелика: в почве используется до 50% внесенного с удобрениями азота. Большую роль здесь играет также микробиологическая деятельность. При внесении удобрений количество усвояемого азота в почве в большой степени определяется интенсивностью денитрификации, размером и продолжительностью биологической иммобилизации, интенсивностью процессов аммонификации и нитрификации и др. Так, при интенсивном использовании минеральных азотных удобрений резко возрастают денитрификация и биологическая иммобилизация азота. В результате этого снижается коэффициент использования минеральных азотных удобрений, что может привести к загрязнению атмосферы.

Большое влияние на азотный режим почв оказывают азотфиксирующие бактерии. Свободноживующие азотфиксаторы, которые в почвах довольно широко распространены, вместе с симбиотическими клубеньковыми бактериями усваивают атмосферный азот и играют важную роль в поддержании азотного режима почв. Клубеньковые бактерии в значительной мере обеспечивают азотное питание бобовых культур.

Минерализация органических фосфорных соединений, превращения фосфатов алюминия, железа, трикальциевых фосфатов в почве осуществляются микроорганизмами. В трансформации серы, железа и других элементов также принимают участие микроорганизмы.

Интенсивное возделывание культур связано с внесением высоких доз минеральных удобрений. Изменения, происходящие при этом в почве, отражаются в значительной степени на микрофлоре. Обработка гербицидами — веществами, чужеродными для почвы, — влияет на количество и состав микрофлоры. В то же время микрофлора участвует в детоксикации пестицидов в почве и в ее очистке от загрязнения некоторыми химикатами.

В почве практически нет процесса, в котором микрофлора не принимала бы активного участия. Антропогенное влияние на почву особенно возрастает в интенсивном земледелии, когда изменяются питательный, воздушный и водный режимы. Необходимость изучения этих изменений связана с вопросами сохранения и повышения почвенного плодородия. Микрофлору можно использовать в качестве показателя для определения направлений течения различных процессов в почве.

Если вы нашли ошибку, пожалуйста, выделите фрагмент текста и нажмите Ctrl+Enter.

Почва является местом обитания для большого количества микроорганизмов, таких как бактерии, нематоды, вирусы, грибы и простейшие. Микроорганизмы почвы повышают плодородие, поддерживают устойчивость экосистем.

В последние годы значительно возросло число оппортунистических грибных инфекций и виды родов Aspergillus, Mucor, Penicillium, Rhizopus, Fusarium, Alternaria и др. становятся причиной различных инфекций у человека, что непосредственно связано с изменением фитопатогенного потенциала почвы. Mucor, например, вызывает поражение глаз людей с низким уровнем иммунитета.

Комплексный подход к здоровью почвы предполагает, что почва является живой системой, а её здоровье — результат различных процессов, оказывающих влияние на активность почвенной микробиоты и урожайность культур.

Грибы выполняют важные функции, связывая влагу, высвобождая доступные для растений формы элементов питания и подавляя возбудителей болезней. Наряду с бактериями, грибы играют важную роль в качестве биодеструкторов в пищевой цепочке. Они разлагают трудноусвояемую органику на более простые формы, которые могут использовать другие микроорганизмы в этой цепи питания. Грибы физически создают стабильные агрегаты, которые помогают увеличить водоудерживающую способность почвы, превращая субстрат в почву.

Почвенные грибы в целом делятся на три категории:

Биодеструкторы: сапрофиты, превращающие мертвый органический материал в переработанную биомассу, CO₂ и органические кислоты, спирты и фенолы. Как правило, они разлагают целлюлозу и лигнин древесины.

Патогены: паразиты, вызывают болезни растений, колонизируя корни. Вертицилл, ризоктония, фузариум и питиум ежегодно наносят серьезный вред сельскому хозяйству.

Микоризообразователи: колонизируют корни растений. В обмен на углеводы микоризные грибы поставляют растению легкодоступный фосфор и питательные вещества (азот, микроэлементы). Эктомикориза растет на поверхности корней и обычно ассоциируется с деревьями (могут образовывать единую микоризу для целого леса), а эндомикориза, растущая внутри корней, обычно формируется с травами, пропашными культурами, овощами и кустарниками. Практически у всех семейств обнаружена микориза, исключая крестоцветные.

Ключевой эффект микоризообразователей для обработки семян и рассады – улучшение укоренения, стимуляция эффективности использования питательных веществ, улучшение структуры почвы, повышение устойчивости растений к стрессам. Болезни культурных растений могут контролировать виды Glomus sp. или Trichoderma sp., подавляющие грибные патогены: виды T. asperellum, T. atroviride, T. harzianum, T. virens и Т. viride часто используются в биоконтроле, как и инокуляцию микробными консорциумами вместе с ризобактериями, способствующими росту растений, азотфиксации и доступности фосфатов.

Грибы — единственные организмы, которые могут расщеплять лигнин — соединение, которое придает древесине жёсткость. Сапрофитные грибы разлагают мёртвую древесину, возвращая органическое вещество в почву.

На следующем этапе деструкции органики за дело берутся бактерии, разрушая растительный материал до более простых соединений.

Среднее количество микроорганизмов на 1 г плодородной почвы, экз.:

бактерии: 1х10 8 …10 9 ;
актиномицеты: 1х10 7 …10 8 ;
грибы: 1х10 5 …10 6 ;
водоросли: 1х10 4 …10 5 ;
простейшие: 1х10 3 …10 4 .

Отсутствие в почве дождевых червей также косвенно указывает на низкий уровень плодородия почвы, так как в этом случае в почве отсутствуют простейшие, которые являются основным источником их пищи.

Так, цикл питания поддерживается углеводами, которые растения выделяют корнями, обеспечивая источник энергии для почвенных микроорганизмов, а последние потребляют органику, минералы и друг друга. Минералы, питательные вещества и вода, которые хранятся в их телах, после их гибели снова высвобождаются и, по мере их минерализации, становятся доступными растениям. Так проходит круговорот всего в природе.

Сохранение всего 1% органического вещества может привести к эффективному удерживанию почвой до 200 тонн доступной влаги на гектар.

Важно понимать, что внесение органического вещества в почву не будет иметь эффекта без устойчиво функционирующего микробного сообщества.

Негативно сказываются на продуктивности почвы:

удаление растительных остатков с поля;
частое механическое перемешивание плодородного слоя;
внесение удобрений без агрохимического обследования (изменение кислотности почвы изменяет состав и соотношение микроорганизмов, а высокий уровень фосфора не позволяет сформировать микоризу);
чистые пары (в отсутствие растений с корневыми выделениями обедняется микробиологический состав почвы, остаются только патогены и условные патогены).

Микроорганизмы и элементы питания

Следующие 17 элементов питания жизненно важны для правильного роста и развития растений — макроэлементы, которые далее делятся на:

структурные: C, H, O;
первичные: N, P, K;
вторичные: S, Ca, Mg

и микроэлементы: Fe, B, Cu, Cl, Mn, Mo, Zn, Ni. Помимо структурных питательных веществ (растения, которые получают из воздуха и воды), остальные поглощаются растением только в конкретных доступных формах:

Азот (N) в виде NH₄ + (аммоний) и NO₃ − (нитрат);
Фосфор (P) в виде H₂PO₄ − и HPO₄ 2- (ортофосфат);
Калий (K) в виде K + , серу (S) в виде SO₄ 2- (сульфат);
Кальций (Ca) в виде Ca 2+ , магний (Mg) в виде Mg 2+ ;
Железо (Fe) в виде Fe 2+ и Fe 3+ , цинк (Zn) в виде Zn 2+ ;
Марганец (Mn) в виде Mn 2+ , молибден (Mo) в виде MoO₄ 2- (молибдат);
Медь (Cu) в виде Cu 2+ , хлор (Cl) в виде Cl − и бор (B) в виде H₃BO₃ (борная кислота).

Многие микроорганизмы являются частью различных биогеохимических циклов и переводят органические и неорганические вещества в доступные формы для растений, подавляют почвенные патогены с помощью антибиотиков и помогают в защите растений от болезней.

Фиксация атмосферного азота

Азот (N), важный элемент для синтеза аминокислот и нуклеотидов, необходим всем формам жизни в больших количествах.

Атмосфера является крупнейшим хранилищем азота (78% от воздуха), хотя N₂ и не является свободно доступным для большинства живых организмов, он доступен только для азотфиксирующих бактерий и архей, которые первыми вводят его в круговорот элементов питания. Этот фиксированный N составляет менее 0,1% от всего N₂ на планете и способен ограничить первичное накопление органики как в наземных, так и в морских экосистемах. Внутри организмов N существует в большинстве восстановленных форм, и во время лизиса клеток он нитрифицируется до нитрата, который, в свою очередь, денитрифицируется до газа N₂.

На первом этапе азотфиксации помогает группа бактерий, называемых диазотрофами (цианобактерии, зеленые сернистые бактерии, азотобактеры, ризобии и франкии) в различных экосистемах; первые три группы фиксируют азот как свободноживущие микроорганизмы, а последние две — путём симбиоза с высшими растениями.

Такие культуры, как пшеница, рис, сахарный тростник и некоторые древесные также обладают способностью поглощать атмосферный азот, используя свободноживущие или ассоциативные диазотрофы. Однако вклад симбиоза бобовых и ризобий (13…360 кг/га накопленного азота) намного больше, чем несимбиотических систем (10…160 кг/га).

Помимо своей роли в эффективном питании, ризобии способствуют росту, интенсивному поглощению элементов питания, выработке фитогормонов и снижению последствий от биотического и абиотического стресса.

Помимо ризобий, ассоциативные и свободноживущие азотфиксирующие бактерии также коммерциализированы в качестве биоудобрений.

Важным родом является Azotobacter, свободноживущий азотфиксатор, который включает виды: A. chroococcum, A. vinelandii, A. beijerinckii, A. paspali, A. armeniacus, A. nigricans. Помимо способности к фиксации азота, он производит фитогормоны, ферменты, повышает мембранную активность, пролиферацию корневой системы, усиливает поглощение влаги и минералов, мобилизует минеральное питание, смягчяет последствия факторов стресса окружающей среды, а также оказывает прямой и косвенный биоконтроль против многочисленных фитопатогенов.

Нитрификация азота дополнительно осуществляется двумя группами микроорганизмов: окислителями аммиака, которые превращают аммиак в нитриты (нитрозомонады, нитрозоспиры и нитрозококки) и окислители нитритов (истинные нитрирующие бактерии), которые превращают нитриты в нитраты (нитробактерии и нитрококки) ферментативным путём.

Доступность фосфора

Фосфор (Р) является ключевым компонентом нуклеиновых кислот, молекулы энергии АТФ и фосфолипидов мембран. P составляет около 0,2…0,8% от сухого веса растения, но только 0,1% этого Р доступно для растений из почвы.

Почвенные микроорганизмы помогают в высвобождении растениям доступных форм фосфора (растения поглощают только растворимый Р, как одноосновной (H₂PO₄ − ) и двухосновной (H₂PO₄ 2− ) формы. Многие виды бактерий (Pseudomonas и Bacillus), и некоторые виды грибов (Aspergillus, Penicillium и Trichoderma) и актиномицетов (Streptomyces и Nocardia) также способны переводить фосфор в доступные для высших растений формы.

Минерализация органического Р происходит с помощью нескольких ферментов микробного происхождения, такими как кислые фосфатазы, фосфогидролазы, фитазы, фосфоноацетатгидролазы, D-α-глицерофосфатазы и др. Другие минеральные элементы также превращаются в свою доступную форму любым из вышеперечисленных механизмов.

Доступность серы

Более 95% от общего количества почвенной серы связано с органическими молекулами, т.е. находится в недоступной непосредственно растениям форме, а неорганическая сера составляет около 5%. Это минимальная часть доступной S в почвах приводит к симптомам дефицита серы у растений, который очень похож на недостаток азота.

Сера, как и P, K, Ca, Mg, является недоступной на щелочных почвах.

Окисление элементарной серы и неорганических соединений серы до сульфатов осуществляется хемоавтотрофными (Thiobacillus sp., T. ferrooxidans и Т. tiooxidans) и фотосинтетическими (зеленые и фиолетовые бактерии, хлоробии, хроматии) бактериями. Также известно, что бациллы, псевдомонады и артробактерии, а также грибы, такие как аспергиллы и пенициллы, некоторые актиномицеты окисляют соединения серы.

Взаимосвязь некоторых элементов питания, фитосанитарного состояния посева и урожайности

Даже при достаточном количестве азота (а большинство так и ориентируется только на азот, как на главный фактор формирования урожая), его превышающий дисбаланс по фосфору не решает ничего, и даже наоборот усиливает поражение листовыми пятнистостями, мучнистой росой, корневыми гнилями, увеличивает риск полегания.

В растении фосфор в принципе накапливается достаточно медленно, и поэтому его доступность до кущения должна быть обеспечена на 100% (фосфор, напомню, не мигрирует по профилю вообще), но с накоплением азота и фосфора до оптимальных значений (разные показатели для каждой географии, сорта и погодных условий) лимитирующими факторами становятся другие (в основном микроэлементы).

На стадии кущения (в момент формирования колоса и количества продуктивных стеблей) необходимость как в макроэлементах (S, Mg, K), так и в микроэлементах (Zn, Mn, Cu, Fe) в растениях пшеницы выше, чем в колошение-молочную спелость. Это ещё раз доказывает эффективность внесения микроэлементов именно в ранние фазы развития пшеницы (кущение — выход в трубку), а не в поздние (по колосу), как часто принято на практике.

А потом симптомы его недостатка называют вирусами, бактериозами, пятнистостями, или ещё чем-то…

Поэтому если вносите высокие дозы азота и фосфора, не забывайте про магний, серу и марганец для фолиарного внесения как наиболее дефицитные (или недоступные в почве по различным причинам) даже в неплохих чернозёмах.

Почва — это среда обитания множества организмов, которые в совокупности образуют единую и цельную экосистему. Невидимые человеческим глазом обитатели почвы напрямую влияют на ее биологические, физические и химические свойства. Живые организмы получают в земле питание и убежище, при этом насыщая ее питательными компонентами и повышая плодородие.

Существа, обитающие в почве, называются педобионтами. Самыми многочисленными являются бактерии, грибки, водоросли и одноклеточные организмы, живущие в почвенных водах. Их совокупность — микрофлора — может весить более 20 тонн на гектар площади, а количество организмов в одном кубическом метре почвы достигает 10¹⁴. Микроорганизмы, перерабатывая отмершие растения, обогащают почву органическими веществами; многие из них способны фиксировать азот и делать его доступным для сельскохозяйственных культур.

Также из всего разнообразия живых организмов в почве выделяют нанофауну (простейшие, коловратки, нематоды), микрофауну (клещи и некоторые насекомые), мезофауну (личинки насекомых, многоножки, дождевые черви) и макрофауну (млекопитающие, например кроты).

Тонны организмов присутствуют в почве, но даже в благоприятные для развития периоды многие из них имеют очень низкую активность или даже неактивны. Активность организмов зависит от биотических и абиотических факторов, климатических условий, рН, а также присутствия определенных растений.

Живые организмы в почве способствуют накоплению и разложению органических остатков на простые легкоусвояемые растениями вещества, влияют на минерализацию азота и серы в почве, улучшают структуру земли и ее способность удерживать воду.

Минерализация азота

Азот в почве присутствует преимущественно в виде органических соединений (растительных остатков и гумуса). Он также входит в состав самих микроорганизмов, которые в процессе жизнедеятельности разлагают органику. Бактерии, грибки и актиномицеты усваивают необходимые для жизни и развития минералы, а другие образовавшиеся в процессе вещества становятся доступными для поглощения растениями.

Тут стоит отметить, что в аэробных условиях минерализация азотсодержащих органических веществ протекает с образованием аминокислот, которые, в свою очередь, минерализуются до NH3, Н20 и С02. Если же из-за нехватки кислорода в почве процесс происходит в анаэробных условиях, в ходе минерализации также образуются альдегиды, спирты, кетоны, сероводород, метан и другие токсичные вещества. Они угнетают рост сельскохозяйственных растений и в итоге негативно сказываются на урожайности.

Таким образом, развитие микроорганизмов в почве и успешная минерализации азота возможны только при наличии тепла, при хорошем притоке воздуха, достаточной влажности почвы и присутствии в почве основании для нейтрализации образующейся азотной кислоты.

На кислых подзолистых почвах процесс образования неорганического азота протекает слабее из-за отрицательного влияния кислотности почвы. В этом случае помочь процессу может известкование полей.

Также нитрификацию подавляет сильный недостаток и избыток влаги. Нитраты отличаются большой подвижностью: в условиях избыточного увлажнения эти вещества вымываются из почвы, а при испарении поднимаются с влагой к поверхности почвы. Кроме того, при избытке воды в почве накапливается значительное количество аммиачного азота, содержание которого в этих случаях может доходить до 20 мг и больше на килограмм почвы.

Что идет на пользу микрофлоре почвы?

Почва является самой сложной гетерогенной средой. Взаимодействия между биотическими и абиотическими факторами настолько сложны, что изменение или даже доминирование определенных видов организмов, живущих в почве, выявить и спрогнозировать очень сложно.

Севооборот и тщательное планирование внесения удобрений помогают поддерживать устойчивость почвы и создавать в ней условия, благоприятные для минерализации азота. Применение свежего органического вещества (навоза) обеспечит надлежащее питание, улучшит структуру почвы и помогает удерживать воду.

Хотя в кислых почвах высвобождается больше органических веществ, их преобразование в доступные для растений формы и другие почвенные процессы замедляются. Потому на землях с высокой кислотностью рекомендуется постепенно повышать рН до уровня более 5. При этом нужно помнить, что чрезмерное использование извести и других удобрений может быть агрессивным для микроорганизмов.

Анализы грибов и бактерий в почве

Изучить в лабораторных условиях внутрипочвенные процессы и, в частности, трансформацию азота достаточно сложно. Из всех известных сред обитания микроорганизмов почва является самой нестабильной: в течение вегетационного периода в ней могут значительно меняться влажность, кислотность, содержание кислорода и питательных веществ, численность и видовое разнообразие микроорганизмов.

Тем не менее, с помощью современных технологий можно получить точное представление о почвенных процессах. Так, голландская компания Eurofins Agro — один из мировых лидеров по лабораторным анализам в сельском хозяйстве — исследует потенциальную азотную минерализацию в почве и параметр BFI (наличие грибов и бактерий в почве).

Самой передовой технологией анализа почв является NIRS — спектроскопия ближнего инфракрасного излучения. При NIRS-исследовании на образец оказывается воздействие ближним инфракрасным излучением. Современное оборудование за несколько секунд измеряет, волны какой длины отражаются от исследуемого материала, а какой — поглощаются. Полученный спектр содержит точную информацию о составе образца.

Результаты анализа NIRS калибруются с помощью классического метода определения BFI. Он представляет собой анаэробный инкубационный тест, измеряющий потенциальный минерализуемый азот (PMN). Это доля органического азота, которая при определенных условиях может быть преобразована в доступные для растений формы. Образцы почвы погружаются в воду на неделю, в них создается анаэробная среда. Анаэробные микроорганизмы за это время разлагают все органические остатки и мертвые аэробные организмы, высвобождая минеральный азот. Уровни неорганического азота до и после погружения сравниваются, и в конечном итоге высчитывается BFI.

Читайте также: