10 Применение микроорганизмов в качестве «живых удобрений»

Уничтожение лесов и микоризы, замена бобовых растений злаковыми, разрушение гумусовых горизонтов почв, богатых микрофлорой, сокращение свободных земель – все это сильно изменило биогеохимию азота. На этом фоне нарушений нормального круговорота азота – именно бактериальные удобрения являются могущественным и «экологичным» фактором восстановления устойчивого, на многие годы, баланса различных форм соединений азота в атмосфере и почве.

Внесение минеральных азотных удобрений уже давно является эффективным приемом повышения урожайности агрокультур. Недостатком большинства азотных удобрений является их быстрое окисление до нитратов, которые не сорбируются гумусовым горизонтом почвы и, как правило, вымываются в нижележащие горизонты почвы. Кроме того, их применение ограничивается дороговизной, потерями при транспортировке и внесении в почву, улетучиванием вследствие денитрификации, загрязнением окружающей среды нитратами и окислами азота.

В связи с этим в настоящее время возрастает интерес к биологическому азоту и к проблеме восстановления азотфиксирующей функции почвы после длительной агроэкологической нагрузки. Активно развивающееся в настоящее время биологическое земледелие требует разработки подходов к управлению функционированием микробоценозов, существенно повышающих плодородие почв.

Важный вопрос – каким должно быть соотношение "технического" и биологического азота. Промышленный синтез аммиака из атмосферного воздуха требует очень больших энергетических затрат, несмотря на применение катализаторов, процесс идет при температуре около 500 ⁰С, и давлении – около 300-350 атм. Биологическая фиксация азота – это также энергоемкий процесс, но при этом используется бесплатный источник энергии – солнечная энергия. При этом диазотрофы являются не только источником биологического азота, они еще и окультуривают почву и являются одним из факторов борьбы с эрозией.

Согласно статистическим данным, из трех наиважнейших элементов минерального питания растений – азота, фосфора и калия – наиболее дефицитным является именно азот. Так, при внесении в почву 1 кг азота ожидаемая прибавка урожая в условиях севооборота составляет 16 кг, при внесении 1 кг фосфора – 8 кг, а 1 кг калия - 4 кг .

Придание конкурентоспособности бактериальным препаратам – перспективное направление в разработке "стимулирующих" технологий азотфиксации. Наиболее простой путь к стимуляции азотфиксации – применение агротехнических приемов, позволяющих регулировать работу не отдельных видов диазотрофов, которые не всегда выживают после внесения в почву, а сообществ диазотрофов, обитающих в почве.

Микроорганизмы в сообществах подвержены действию тех же экологических законов, что и другие организмы. Так колонизация почвы микроорганизмами (в том числе не содержащимися в ассоциациях в данном участке) все же ограниченно возможна, если не лимитируется следующими условиями:

- наличием пригодного места в данный момент (в реальных микрозонах обитания микроорганизмов, а не вообще в почве);

- присутствием в достаточном количестве субстрата, обеспечивающего длительное развитие данного организма;

- способностью использовать многие источники энергии и пищи в экосистеме, и причем более эффективно, чем аборигенная микрофлора;

- высокой толерантностью (выносливостью) попадающего организма к микроэкологическим факторам - колебаниям рН и температуры, осмотическому давлению, содержанию кислорода, окислительно-восстановительному потенциалу, влажности и другим, обеспечивающим вегетативный рост;

- наличием механизмов активного воздействия на другие организмы - образованием физиологически активных метаболитов, способностью к антагонизму и устойчивостью к продуктам жизнедеятельности других организмов.

Несоблюдение указанных условий и даже некоторых из них делает невозможным активное поселение микроорганизмов в почве. Более того, как уже отмечалось, входящие в состав ценоза микробы при отсутствии возможностей приспособиться к изменившимся условиям среды выпадают из активного участия в деятельности ценоза, переходя в переживающее состояние.

Каждый вид микроорганизма способен расти, развиваться и размножаться в рамках внешних условий, которые отражают их уровень толерантности или экологическую амплитуду. Эти рамки определены критическими величинами факторов. Отдельные организмы способны существовать при крайних (экстремальных) значениях факторов среды и часто становятся узкоспециализированными - облигатными (обязательными) по отношению к уровню действующего фактора.