В агроэкосистемах существует естественная симбиотическая и ассоциативная азотфиксация.
Естественно, что после открытия азотфиксирующих бактерий многих исследователей занимал, вопрос о том, как усилить азотфиксирующую способность почвы и повысить таким образом содержание в ней азота, а следовательно, и ее плодородие.
В начале XX века были сделаны первые попытки улучшить развитие бобовых растений, внося в почву клубеньковые бактерии. Это давало возможность получать высокие урожаи бобовых растений там, где клубеньковые бактерии в почвах отсутствуют или их местные расы малоэффективны. Опыты дали обнадеживающие результаты. Теперь внесение в почву культур клубеньковых бактерий (нитрагин) широко распространено. Разработаны специальные методы заражения семян нужными расами клубеньковых бактерий, в промышленном масштабе выпускаются стандартные препараты нитрагина.
При изготовлении нитрагина обычно используют только эффективные, приспособленные к каждой бобовой культуре расы клубеньковых бактерий. Нитрагин для клевера готовят, используя клубеньковые бактерии клевера, для гороха — клубеньковые бактерии гороха и т. д.
Семена бобовых культур в день посева обрабатывают (инокулируют) нитрагином, разбавленным водой. Зараженные семена нельзя держать на солнце (солнечный свет убивает бактерии) и хранить более суток, так как эффективность применения нитрагина при длительном хранении снижается.
Обычно нитрагином обрабатывают семена, но иногда инокулируют и проросшие бобовые растения, опрыскивая их большими количествами бактериальной суспензии.
Нельзя заражать нитрагином семена, обработанные дезинфицирующими веществами, так как большинство этих веществ ядовито для бактерий.
Успех применения нитрагина зависит от свойств самих клубеньковых бактерий и от тех условий внешней среды, в которых выращивают инокулированные растения. Дело в том, что местные неэффективные расы могут препятствовать проникновению в корни активных бактерий нитрагина, поэтому бактерии, используемые для приготовления препарата, должны не только активно усваивать азот, но быстро размножаться и проникать в корни, чтобы суметь опередить неэффективных «соперников», которые довольно широко распространены в почвах всего земного шара.
Следует учитывать, что при неблагоприятных почвенных условиях эффективные расы могут терять активность. Исследования, проведенные в лаборатории Е. Н. Мишустина, показали, например, что в зоне кислых почв превращение в неактивные формы (инактивация) клубеньковых бактерий происходит очень быстро.
Нитрагинизация бобовых культур, при соблюдении всех необходимых правил, приносит большую пользу, повышая урожай и обеспечивая его высокое качество. Количество белков в зеленой массе и зерне увеличивается в ряде случаев в 1,5— 2 раза.
Подсчитано, что для районов давнего применения бобовых культур прибавка урожая зерна от использования нитрагина составляет в среднем 2—3 ц/га. Для культур новых в данном районе или при освоении новых земель прибавка урожая может быть значительно выше.
Хороший эффект дает нитрагин на среднеплодородных и малоплодородных почвах, хотя целесообразно применять этот препарат и на высокоплодородных почвах. В последнем случае не только увеличивается урожай бобовых растений, но и сохраняются запасы азота в почве для последующих культур.
На эффективность нитрагина в почве большое влияние оказывают различные внешние условия: кислотность почвы, наличие доступных соединений кальция, фосфора и других элементов, присутствие азота и т. д.
В кислых почвах эффективность нитрагина снижается. Клубеньковые бактерии чувствуют себя здесь плохо. Известкование почв в этих случаях значительно улучшает дело. Эффективность нитрагина увеличивается также при добавочном снабжении растений фосфором, калием и микроэлементами — бором и молибденом.
Вот некоторые данные, свидетельствующие о пользе применения нитрагина под бобовые культуры.
В одном из опытов, поставленных в нашей стране, урожай зеленой массы люпина при применении нитрагина более чем в 2,5 раза превысил урожай, полученный в тех же условиях, но без нитрагина. Вес корней люпина при этом возрос на 60%.
В Англии увеличение урожаев люцерны в результате применения нитрагина возрастало до 235%. На опытных полях люцерны в Швеции в 99% случаев от заражения нитрагином получены результаты, выражающиеся прибавкой урожаев от 15 до 900%!
Несомненное увеличение урожая и накопления азота в почве, абсолютная безвредность нитрагина, простота его приготовления и применения, а также другие экономические преимущества привели к тому, что это бактериальное удобрение получило широкое распространение в нашей стране и за рубежом. Систематическое применение нитрагина при выращивании бобовых вошло в повседневную сельскохозяйственную практику многих стран. У нас и за рубежом созданы специальные институты, которые выводят активные расы клубеньковых бактерий, специфические для каждого вида бобовых.
В Советском Союзе нитрагинизация бобовых культур рассматривается как наиболее важный агроприем, обеспечивающий увеличение и улучшение качества урожаев бобовых культур. Это одно из самых крупных достижений сельскохозяйственной микробиологии, принесшее огромную пользу сельскохозяйственному производству.
Кроме нитрагина, у нас используется и другое бактериальное удобрение — азотобактерин. Этот препарат представляет собой чистую культуру азотобактера в сочетании с торфом и углекислым кальцием. Используются также агаровые и другие культуры азотобактера.
Теперь установлено, что при правильном применении азотобактерин значительно повышает урожай сельскохозяйственных культур. По данным Е. Н. Мишустина, эта прибавка урожая для полевых культур может составлять 10—13%. А на богатых органическим веществом почвах повышение урожайности растений достигает 25% и более. Таким образом, азотобактерин оказывается наиболее эффективным на высокоокультуренных почвах, обычно занимаемых овощными культурами.
Сущность положительного действия азотобактерина сводится к следующим трем основным положениям:
1. фиксация азотобактером атмосферного азота, который поступает в распоряжение растений
2. так называемый «санитарный эффект» азотобактерина. Прямыми опытами установлено, что азотобактер обладает фунгистатическим действием, т. е. препятствует развитию грибов. Следовательно, он оздоровляет почву вокруг корня и улучшает рост растений. Возможно также, что азотобактер стимулирует развитие микробов, подавляющих болезнетворную микрофлору.
3. выделение витаминов и ростовых веществ, оказывающих на растения стимулирующее действие.
Итак, вопрос об эффективности, хотя и не очень высокой, вносимого в почву азотобактерина не вызывает сомнений. Целесообразнее использовать его на почвах высокого плодородия, так как, кроме повышения урожая, этот препарат ускоряет развитие растений и позволяет получать урожай в более ранние сроки. Однако считать азотобактерин заменителем минеральных удобрений нельзя. Даже невысокие дозы азотных и фосфорных удобрений дают прибавку урожая в 3 раза большую, чем азотобактерин.
Но из-за длительного применения глубокой вспашки с переворотом пласта и химической защиты растений эта микробиологическая деятельность может быть подавлена. Поэтому пригодятся препараты, содержащие активные и эффективные штаммы клубеньковых и ассоциативных азотфиксаторов, нитрифицирующих бактерий и бактерий, окисляющих серу.
Байкал ЭМ1 — многокомпонентный микробиологический препарат для стимуляции биологической активности почвы, обработки семян с целью улучшения питания в ризосферной зоне и защиты от патогенной микрофлоры. В почву этот препарат вносят осенью или весной и опрыскивают им растения по вегетации (внекорневая подкормка).
Многофункциональность препарата связана с широким диапазоном действия его составляющих. Компоненты байкала ЭМ1:
фотосинтезирующие бактерии (используя солнечный свет и тепло почвы, синтезируют аминокислоты, биологически активные вещества и сахара, способствующие развитию и росту растений);
молочнокислые бактерии (вырабатывают молочную кислоту из органических соединений, образованных фотосинтезирующими бактериями и дрожжами, которая подавляет вредные микроорганизмы и ускоряет разложение органических веществ);
азотфиксирующие бактерии (поглощают атмосферный азот и накапливают его в почве);
фосфоромобилизирующие бактерии (переводят фосфор в доступную для растений форму);
дрожжи (синтезируют биологически активные вещества, образуют благоприятный субстрат для молочнокислых бактерий и актиномицетов);
актиномицеты (продуцируют биологически активные соединения, которые подавляют рост вредных грибов и бактерий);
ферментирующие грибы (быстро разлагают органические вещества, производя этиловый спирт, сложные эфиры и антибиотики).
Разложение органических остатков происходит в течение двух лет, байкал ЭМ1 сокращает процесс до двух месяцев, причем подавляется патогенная микрофлора.
Ризоторфин — бактериальный препарат, содержащий высокоэффективные штаммы клубеньковых бактерий. В 1 г препарата содержится до 2,5 млрд активных клубеньковых бактерий. Ризоторфин повышает урожайность зернобобовых, однолетних и многолетних бобовых трав. Для каждого вида и даже сорта подбирают определенные штаммы клубеньковых бактерий.
Ризоагрин — препарат ассоциативных азотфиксирующих бактерий, которым обрабатывают семена риса и пшеницы. Повышает устойчивость растений к болезням. Эффект от применения ризоагрина равнозначен внесению 40-60 кг/га минерального азота.
Ризоэнтерин — препарат ассоциативных азотфиксаторов для предпосевной обработки семян озимого и ярового ячменя, риса. Эффект от применения ризоэнтерина равнозначен внесению 30-40 кг/га минерального азота. Урожайность после его применения повышается на 10-15%.
Флавобактерин — препарат ассоциативных азотфиксаторов, который применяют для повышения урожайности кормовой сорго, пшеницы, сахарной свеклы, кормовых трав. Усиливает усвоение питательных веществ, уменьшает заболеваемость фузариозом, ризоктониозом.
Мизорин повышает урожайность и качество урожая сорго, кормовых трав, картофеля. Усиливает впитывающую способность корней, производит физиологически активные вещества, снижает заболеваемость растений фузариозом и ризоктониозом.
Азоризин повышает нитрогеназную активность корней проса, обеспечивает прирост урожайности и улучшает аминокислотный состав зерна.
Фосфоробактерин содержит активную форму спороносных бактерий Bacillus megaterium var Phospaticum, которая превращает органические соединения фосфора в доступные для растений. При этом усиливается рост корневой системы, повышается продуктивность растений.
Интересно, что наши прадеды использовали своеобразные бактериальные удобрения. Владимир Белый пишет, что в древности в некоторых местностях заготавливали на зиму почву, хранили в тепле, а весной разбрасывали на огороде, чтобы повысить урожайность. Такой способ позволял быстро восстановить полезную микрофлору почвы.
Слайды, презентации
Контрольные вопросы:
1. Роль микроорганизмов в плодородии почвы
2. Почва — среда для развития микроорганизмов
3. Распространение микроорганизмов в почве
4. Бактерии среди почвенных микроорганизмов
5. Актиномицеты в почвенной микрофлоре
6. Грибы в почвах
7. Водоросли в почве
8. Вирусы и фаги в почве
9. Микроорганизмы, участвующие в синтезе и разложении гумуса
10. Клубеньковые бактерии — подземные фабрики плодородия
11. Микробы, фиксирующие азот из воздуха
12. Краткая история открытия первых азотфиксирующих бактерий
13. Микробы как орудие плодородия
14. Значение биологической фиксации атмосферного азота для поддержания плодородия почвы
15. Роль почвенной биоты в восстановлении плодородия почвы
16. Микроорганизмы, участвующие в синтезе и разложении гумуса
17. Бактериальные препараты для восстановления плодородия почвы
Литература:
1. Звягинцев Д.Г., Бабьева И.П., Зенова Г.М. Биология почв: Учебник. - 3-е изд., испр. и доп. - М.: Изд-во МГУ, 2005.
- Звягинцев Д.Г. Микроорганизмы и почва. М.: МГУ, 1987.
- Бабьева И.П., Зенова Г.М. Биология почв. М.: МГУ, 1989. с.336.
- Мирчинк Т.Г.Почвенная микология.-М.: Изд. МГУ,1986.
- Дополнительная литература:
- Емцов В. Т.Микробы, почва, урожай. – М.: Изд. Колос,1980.
- Илялетдинов А.Н.Микробиологические превращения азотосодержащих соединений в почве. Алма – Ата, 1976.
- Почвенная микробиология./ Под ред. Д.И. Никитина /- М.: Изд. Колос,1979.
Практические занятия 5-9
