Использование симбиоза Anabaena/Azolla в сельском хозяйстве

Возможность использования синезеленых водорослей для обогащения почвы азотом изучается в ряде стран. Культуры данных микроорганизмов можно вносить в почву, что получило название альголизации.

Альголизацию широко изучали в зоне субтропиков, преимущественно на рисовых полях. Водоросли весьма влаголюбивы и плохо размножаются на недостаточно влажной почве. В воде рисовых полей синезеленые водоросли могут активно размножаться в течение длительного времени.

К настоящему времени известно до 130 видов сине-зеленых водорослей, фиксирующих N2. Они различаются по некоторым свойствам. Например, Cylindrospermum предпочитает более слабое освещение, a Aulosira хорошо развивается при интенсивном освещении. Поэтому требуется подбирать подходящие для местных условий культуры. Сейчас наиболее часто используют для альголизации Tolypothrix tenuis, Anabaena cylindrica и Nostoc linckia.

Обычно как в вегетационных, так и полевых опытах внесение водорослей в почву или воду рисовых полей дает хороший эффект. Он определяется тем, что водоросли накапливают довольно большое количество азота, фиксируя N2, продуцируют биологически активные вещества и обогащают почву органическим веществом. За вегетационный период водоросли связывают до 50 кг азота и более на 1 га, половина этого количества усваивается посевами. Фиксированный азот частично выделяется из клеток при их жизни в виде аминокислот, частично после отмирания клеток водорослей.

В Индии, Китае и других странах тропической зоны альголизацию применяют довольно широко. В значительной мере она заменяет азотные удобрения, покупка которых обременительна для крестьян.

Научно-исследовательские учреждения названных стран для размножения водорослей имеют производственные установки, на которых готовят маточные культуры. Основную массу водорослей получают на местах в специальных бассейнах, в которые вносят культуру, полученную из научно-исследовательского учреждения. Благодаря быстрому размножению за три недели с 1 га бассейна, используемого для размножения водорослей, можно получить до 15 т водорослевой массы. Из этих водоемов водоросли поставляют на рисовые поля.

В СНГ альголизацию рисовых полей не применяют в связи с рядом причин. Рис удобряют высокими дозами азотных удобрений, дающих больший эффект, чем водоросли. Азотные удобрения к тому же депрессируют нитрогеназу водорослей. Кроме того, водоросли весьма чувствительны к гербицидам, которые обязательно применяют в крупных хозяйствах. Альголизация связана с трудоемкими работами.

Для условий южного климата существенный интерес представляет водный папоротник Azolla. Виды этого растения (A. carolinianа, A. rubra, A. filiculoides, A. imbricata) отличаются друг от друга некоторыми свойствами. azolla живет в симбиозе с сине-зеленой водорослью Anabaena azolla, фиксирующей атмосферный азот. Водоросли быстро размножаются и обогащают рисовые поля азотом.

Впервые Azolla была использована вьетнамской крестьянкой Ба-Хен. Эффект от применения Azolla был так велик, что после смерти этой крестьянки ее обожествили и в деревне, где она жила, построили пагоду в честь «богини Azolla». Сейчас Azolla используют в некоторых странах Азии.

Для практического применения Azolla размножают в небольших водоемах, откуда переносят на залитые водой рисовые поля. С наступлением жаркой погоды, примерно в фазу кущения риса, зеленый ковер из размножившегося папоротника отмирает и растительная масса минерализуется. Azolla накапливает за вегетационный период на 1 га около 120 кг азота, часть которого используется в текущем году.

Помимо этого, продуцируется большое количество органического вещества, удобряющего почву. Во время вегетации Azolla создает благоприятные условия для роста риса.

Иногда Azolla культивируют в течение трех недель в чеках, залитых на 3—5 см водой, перед посевом риса. За этот период масса водоросли достигает 10 т/га и в ней содержится около 20—25 кг. азота. Папоротник запахивают и затем проводят посев риса.

Водный папоротник Azolla ценится как органическое азотное удобрение, так как растет в тесном симбиозе с сине-зеленой водорослью Anabaena. Крошечные листья Azolla (их длина редко превышает один миллиметр) расположены наподобие черепицы – одни листочки перекрывают другие. Короткие нежные корешки свисают вниз.  Строение листа Azolla необычно. Каждый лист состоит из двух лопастей, или сегментов. Верхний сегмент, выступающий над водой, зеленый, из нескольких слоев клеток в толщину, с устьицами на обеих сторонах. Нижний сегмент погружен в воду. Он служит, как предполагают, для всасывания воды. На некоторых нижних сегментах развиваются сорусы. Замечательной особенностью Azolla является симбиоз этого растения с сине-зеленой водорослью Anabaena azollae, из семейства Nostocaceae. Водоросль оккупирует полость, находящуюся на брюшной стороне верхнего, воздушного сегмента, недалеко от его основания. Полость окружена выростами из эпидермальных клеток, которые постепенно обрастают ее, оставляя лишь крошечное центральное отверстие, сообщающееся с внешней средой. Она целиком выстлана эпидермальными клетками, от которых отходят волоски, и наполнена слизью (возможно, продуктом выделения этих волосков). Anabaena выполняет функции азотфиксации в этом симбиозе.

Azolla быстро размножается простым делением: часть листьев отделяется от материнского растения и начинает самостоятельную жизнь. При благоприятных условиях малютка способна удваивать свою биомассу каждые трое суток. В сочетании с тем, что симбиоз с Anabaena позволяет накапливать много азота в вегетативной массе, такие темпы роста приводят очень быстрому заполнению всей поверхности воды вегетативной массой этого папоротника.  Anabaena Azolla выращивают на рисовых полях перед посевом риса, что позволяет снижать количество вносимых минеральных удобрений.