Биологические удобрения

Учитывая агрессивные условия роста флоры придорожной полосы и в целях поддержания максимально возможной в данных условиях жизнеспособности растений, необходимо создать оптимальные условия питания для них. При этом грамотное внесение органических и минеральных удобрений позволяет снизить токсичное действие тяжелых металлов. Микроорганизмы также играют большую роль в повышении плодородия почвы, так как в процессе роста и развития улучшают ее структуру, обогащают питательными веществами, способствуют более полному использованию удобрений.

С древних времен для восстановления и улучшения почв применяются бобовые растения, способные в симбиозе с азотфиксирующими микроорганизмами восполнять почвенные запасы азота в результате усвоения атмосферного азота.

В 1901 г. Бейеринк открыл свободно живущую азотфик-сирующую бактерию Azotobacter. Высокая продуктивность азотфиксации у Azotobacter послужила причиной для интродуцирования этих бактерий в почву с целью восполнения ресурсов азота. Практическое применение нашли симбиотические бактерии рода Rhizobiwn, развивающиеся в клубеньках бобовых растений. Стали разрабатывать способы внесения этих микроорганизмов в почву, а также для инокуляции семян. Затраты при использовании этих способов невелики, техника применения весьма проста, а эффект значителен. Культивирование бобовых, положительно влияя на азотный баланс почв, облегчает борьбу с эрозией и помогает восстанавливать истощенные земли.

Клубеньковые бактерии рода Rhizobium, развиваясь в корневой системе бобовых растений, в симбиозе с ними фиксируют атмосферный азот, обеспечивая этим азотное питание растений. Согласно современным представлениям, азотфиксация является восстановительным процессом превращения газообразного азота в аммиак, который в дальнейшем ассимилируется растениями с образованием аминокислот. Клубеньковые бактерии обладают избирательной способностью по отношению к растению-хозяину. Эта особенность азотфиксаторов положена в основу их классификации внутри рода Rhizobium. Так, для бактерий Rh. leguminosarum растениями-хозяевами являются горох, вика, кормовые бобы, чина, чечевица; для Rh. phaseoli - фасоль; Rh. japonicum - соя; Rh. trifolii - клевер; Rh. vigna - вигна, маис, арахис и др. Процесс азотфиксации протекает только в клубеньках на корнях бобовых растений, которые образуются в результате проникания бактерий через корневые волоски в корень. Взаимоотношения бактерий с растениями зависят от комплекса условий, включая физиологическое состояние и условия роста растений, физиологическую активность и вирулентность бактерий.

Под вирулентностью понимают способность бактерий проникать внутрь корня растений и вызывать образование клубенька. Существенное влияние на процесс образования клубеньков, а, следовательно, на эффективность последующего процесса азотфиксации, оказывают температура и влажность почвы, наличие в ней необходимых для развития бактерий и растений биогенных элементов. Сухие препараты азотфиксаторов, приготовленные на основе клубеньковых бактерий рода Rhizobium и предназначенные для повышения урожайности бобовых растений (гороха, фасоли, сои, клевера, люцерны, люпина и др.), в настоящее время выпускаются подтоварным названием «Нитрагин». Помимо почвенного нитрагина, выпускают также сухой нитрагин - препарат бактерий с содержанием в 1 г не менее 9 млрд. жизнеспособных клеток, в качестве наполнителя используют мел, каолин, бентонит. Препараты сухого нитрагина с остаточной влажностью 5-7% фасуют по 0,2-1,0 кг и хранят при температуре +15°С в течение 6 мес. Вносят нитрагин путем опудривания семян сухим препаратом непосредственно перед посевом. Препараты нитрагина вносят в почву на фоне минеральных и органических удобрений. При инокуляции почв нитрагином урожайность бобовых культур возрастает на 15-20%.

Аналогом азотных удобрений является другой препарат азотфиксирующих бактерий - «Азотобактерин», который выпускается промышленностью в нескольких вариантах. Бактерии рода Azotobacter являются свободноживущими азотфиксирующими микроорганизмами и обладают высокой продуктивностью азотфиксации (до 20 мг/г использованного сахара). Помимо связывания атмосферного азота, эти бактерии продуцируют биологически активные соединения (витамины, гиббериллин, гетероауксин и др.). В результате этого инокуляция азотобактерином стимулирует прорастание семян и ускоряет рост и развитие растений. Более того, Azotobacter способен экскретировать фунгицидные вещества. Этим угнетается развитие в ризосфере растений микроскопических грибов, многие из которых тормозят развитие растений. Бактерии рода Azotobacter весьма требовательны к условиям среды, особенно к концентрации в почве фосфатов и микроэлементов, и активно развиваются в плодородных почвах.

Не менее важно оптимальное питание придорожных растений фосфором, особенно учитывая его способность снижать накопление тяжелых металлов биомассой за счет антагонизма с некоторыми из них. Фосфатные ионы в почве, как известно, не очень подвижны, поэтому вокруг корневой зоны растений часто возникает дефицит фосфора. Везикулярно-арбускулярная микориза (Микориза ВА) играет существенную роль в плодородии почвы, так как способствует поглощению растениями фосфатов из почвы. Эндо-и экзомикоризы представляют собой особые структуры, формирующиеся внутри или вокруг мелких корешков растений в результате заражения почвенными непатогенными грибами. Поэтому возникают симбиотические отношения между грибами и растениями, выгодные растению-хозяину. Микориза ВА, образуемая грибом-фикомицетом из семейства Endogonaceae, встречается в большинстве почв практически всех климатических зон. Гифы Микоризы ВА, вырастающие из мицелия и распространяющиеся далеко за пределы корневой системы, переносят фосфатионы из зон их присутствия в клетки хозяина. Наибольший эффект Микориза ВА приносит растениям со слабой корневой системой. Благодаря ей рост растений на бедных фосфатами почвах улучшается. Одновременно с поступлением фосфатов растения также обогащаются микроэлементами. Доказано, что в растениях с Микоризой ВА концентрация гормонов роста выше, чем при ее отсутствии. Если Микориза ВА формируется в присутствии азотфиксирующих бактерий, у бобовых усиливается процесс образования клубеньков и азотфиксация.

Для улучшения питания придорожных растений фосфатами может быть эффективен фосфоробактерин. Препарат получают на основе спор культуры Bacillus megaterium var. phosphaticum. Эти бактерии превращают трудноусвояемые минеральные фосфаты и фосфорорганические соединения (нуклеиновые кислоты, нуклеопротеиды) в доступную для растений форму. Фосфоробактерин не заменяет фосфорные удобрения и не действует без них. Положительный эффект от применения фосфоробактерина не только связан с доставкой усвояемых фосфатов к растениям, но также обусловлен действием биологически активных веществ (тиамина, биотина, никотиновой и пантотеновой кислот, витамина В₁₂ и др.). Данные биологически активные вещества, попадая на поверхность семян, а затем в ткани растения, стимулируют фосфорное и азотное питание, т.е. благоприятно действуют на развитие растений на первых этапах жизни [ 21 ].