Использование микробных почвоудобрительных препаратов

В природных и агроэкосистемах растения вступают в сложные взаимоотношения с микроорганизмами. (от паразитизма до симбиоза). Для сбалансированных экосистем характерна эволюция от отрицательных взаимоотношений к положительным. В связи с этим при создании высокопродуктивных и устойчивых агроэкосистем весьма перспективно регулирование взаимоотношений культурного растения как с полезной, так и с вредной микрофлорой. Важную роль при этом играет возможность создания синергических микробных ассоциаций с растением, сочетающих азотфиксацию, фосфатмобилизацию, ростстимулирующее и защитное действие против патогенов, что позволяет уменьшить дозы внесения минеральных удобрений, блокировать развитие патогенной микрофлоры и в конечном итоге повысить урожай. Для этих целей особый интерес представляет использование почвоудобрительных препаратов азотфиксирующих и фосфатмобилизирующих микроорганизмов.

Использование таких препаратов является одним из важных направлений экологизации сельского хозяйства, реализации признанной во всем мире как основополагающей концепции устойчивого сельского хозяйства (sustainable agriculture) .

В аграрно-развитых странах до одной трети общей площади зерновых и зернобобовых культур бактеризуют диазотрофными препаратами, за счет чего сокращают потребление дорогостоящих и экологически небезопасных азотных удобрений на 25−40%. Широкое производство азотфиксирующих и иных инокулянтов налажено в США, Франции, Австралии, Великобритании, Индии. В Китае практически каждая провинция имеет фабрики по производству биопрепаратов, которые широко используются в сельском хозяйстве (Суховицкая, 2000). В России ведущей научной организацией по разработке технологий применения микробиологических препаратов является РНИИ сельскохозяйственной микробиологии (Санкт-Петербург), в БеларусиИнститут микробиологии НАН Беларуси.

Способность микроорганизмов к азотфиксации встречается во всех основных группах прокариот: эубактерий, цианобактерий, актиномицетов и архебактерий. Большинство азотфиксаторов является диазотрофами, т. е. могут использовать N2 в качестве единственного источника азота, некоторые азотфиксаторы могут фиксировать N2 лишь в симбиозе с растениями (Rhizobium, Frankia). Ряд микробов (Azorhizobium, Anabaena, Nostoc) совмещают способность к диазотрофии и к симбиозу с растениями (Шевелуха и др. 2003).

Азотфиксирующие микроорганизмы в зависимости от тесноты связи с растениями можно подразделить на свободноживущие, ассоциативные и симбиотические. Растения в результате экзоосмоса выделяют до 10 и более процентов синтезированных соединений на поверхность корней и надземной части, создавая экологические ниши для микроорганизмов.

Среди свободноживущих азотофиксаторов наиболее изучены представители семейства Azotobacteriaceae (Azotobacter chroococcum и др.). На основе азотобактера было создано бактериальное удобрение азотобактерин, используемое для овощных и технических культур. Однако недостатком этого препарата была неспособность колонизировать корни растений. В институте генетики и цитологии НАН Беларуси на основе азотфиксирующих бактерий Azotobacter chroococcum и ризосферных псевдомонад сконструированы штаммы, обладающие интенсивной колонизацией корней и азотфиксацией (Н.А.Троицкий, 1998). На основе полученного штамма был создан препарат бактериального удобрения «ризофил», повышающий урожайностьовощных растений на 25−30% и зерновых — на 12%. Препарат обладает также антифунгальной активностью, подавляя корневые гнили, и противонематодным действием. (Рис. 1) Применение ризофила эквивалентно внесению до 50 кг/га минерального азота.

Среди свободноживущих азотфиксаторов важную роль выполняют также представители рода Сlostridium, а также цианобактерии.

Большой интерес с точки зрения возможности регуляции азотного питания растений представляют ассоциативные азотфиксаторы, обитающие в микрофлоре зоны корня. Количество микроорганизмов на поверхности корня (ризоплане) и в слое почвы, прилегающем к корню (ризосфере) в сотни раз больше, чем в остальной массе почвы. Размеры ассоциативной азотофиксации составляют 30−40 кг азота на га в год на дерново-подзолистых почвах и до 80 кг — на черноземах. Наибольший интерес среди ассоциативных азотфиксаторов представляют микроорганизмы из родов Azospirillum, Klebsiella, Flavobacterium и др. В Институте микробиологии НАН Беларуси на основе ассоциативного диазотрофа Klebsiella planticola создан препарат Ризобактерин С, способный фиксировать атмосферный азот, продуцировать ростстимулирующие вещества, подавлять развитие корневых фитопатогенов. Препарат разрешен к применению в Беларуси для предпосевной обработки семян зерновых культур (озимая рожь, яровая пшеница, ячмень с целью снижения доз минеральных удобрений на 30%. Его применение позволяет повысить урожайность на15−30%.

В Институте почвоведения и агрохимии НАН Беларуси разрабатывается экологически безопасный и дешевый препарат корневых диазотрофов на основе бактерии Аzospirillum brazilenseазотобактерин. Его применение на многолетних злаковых культурах (ежа сборная, овсяница луговая) дает возможность экономить около 30 кг/га д.в. азота, а предпосевная обработка семян позволяет получать прибавки зерна от 3 до 10 ц /га (Н.А.Михайловская и др., 1998).

Наиболее широко распространенной и изученной формой растительно-микробного взаимодействия является симбиоз растений с азотфиксаторами, примером которого служит симбиоз бобовых растений с бактериями из рода Rhizobium. Такой симбиоз является результатом коэволюции растений и бактерий и контролируется генами обоих партнеров. При этом проявляются специфические взаимодействия бактерий и определенных видов бобовых растений, что делает актуальной селекционную работу по достижению максимального синергического эффекта в микробиально-растительной азотфиксирующей системе.

Первый препарат на основе клубеньковых бактерий Rhizobium был приготовлен в Германии в 1896 году под названием «нитрагин». Искусственная инокуляция бобовых растений широко распространена в США, Франции, Канаде, Швеции и других странах. В бывшем СССР Беларусь была основным производителем азотфиксирующего препарата ризоторфин для бобовых культур. В настоящее время Институтом микробиологии НАН Беларуси разработан препарат сапронит (сапропелевый нитрагин) состоящий из специфических для каждого вида бобовых растений клубеньковых бактерий, выращенных на жидкой сапропелевой среде. Препарат осуществляет биологическую фиксацию атмосферного азота, предназначен для предпосевной обработки семян зерно-бобовых культур и бобовых трав: гороха, люпина, сои, вики, фасоли, клевера, люцерны, лядвенца, сераделлы, козлятника и др. Для каждого вида бобовых культур подбирается специфический штамм бактерий. Сапронит способствует повышению продуктивности на 10−15%, повышает накопление азота способность и сбор протеина, позволяет сокращать дозы азотных удобрений до 30 кг д.в. на 1 га.

В Беларуси используют следующие формы сапронита: для гороха сапронит-1 (Rhizobium leguminosarum), для люпина желтого — сапронит-2 (Rhizobium lupini), для клевера — сапронит-3 (Rhizobium trifolii).

Наряду с азотфиксацией микроорганизмы выполняют важную роль в мобилизации труднодоступных соединений фосфора в почве. В СССР производился препарат на основе бактерии Bacillus megaterium var. рhospaticum фосфоробактерин, однако в связи с недостаточной эффективностью его выпуск был прекращен. В Институте микробиологии НАН Беларуси отобрана фосфатмобилизующая бактерия Agrobacterium radiobacter, осуществляющая перевод труднорастворимых фосфатов почвы и удобрений в доступную для растений форму. Стимулирует прорастание семян, трансформирует труднодоступные фосфаты и повышает подвижность фосфора на 25−30%. Используется под названием «фитостимофос» для кормовой свеклы. Эффективен на других культурах, обеспечивая повышение урожая зернобобовых растений на 2.5 -3.5ц/га, свеклы кормовой и сахарной — на 100−250ц/га, овощных культур — на 60 ц /га. Позволяет сократить дозы минеральных фосфорных удобрений на 25−30%. Эксперименты, проведенные в БГСХА (Т.Ф.Персикова и др., 2003), показали высокую эффективность фитостимофоса на яровой и озимой пшенице, горохе, многолетних бобово-злаковых травах.

Почвенный микробоценоз, как и любая экосистема, более устойчив, если включает большое число компонентов, взаимодействующих между собой. В связи с этим представляет большой интерес создание микробных ассоциаций, сочетающих азотфиксацию, фосфатмобилизацию, ростстимулирующее и защитное действие, а также устойчивость к стрессам (Л.А.Суховицкая, 2002). В Институте Микробиологии НАН Беларуси изучена возможность создания устойчивых и жизнеспособных бактериальных ассоциаций, установлено синерическое взаимодействие симбиотических и ассоциативных азотфиксаторов с фосфатмобилизующими бактериями. Обоснованы приемы создания двухкомпонентных инокулятов растений, повышающих эффективность микробо-растительного взаимодействия.

В РНИИ с.-х. микробиологии создан препарат экстрасол-55 на основе бактерий Arthrobacter mysorens, Flavobacterium spl, Agrobacterium radiobacter, Azomonas agilis, Bacillus subtilis, Pseudomonas fluorescens, Azospirillum lipoferum. Препарат применяется на зерновых, овощных культурах, однолетних и многолетних травах. Позволяет снизить применение минеральных удобрений на 30−40%, блокирует развитие патогенной микрофлоры, увеличивает урожай на 25−40%.