Бактерії удобрюють ґрунт, Авторська платформа
У накопиченні азотних багатств ґрунту головну роль відіграють мікроорганізми. Тому процеси перетворень найважливішого життя рослин елемента — азоту та її сполук здавна привертали увагу учених-микробиологов. Особливу роль цих процесах грає група мікробів, які мають чудовим властивістю поглинати азот із повітря і закріплювати (фіксувати) їх у своєму тілі як різних органічних сполук. Усі культурні рослини земної кулі протягом року споживають близько 100—110 млн. т азоту; ґрунтові мікроорганізми щорічно повертають у ґрунт більшу його частину. Можливість керувати азотфіксуючою діяльністю ґрунтових мікробів відкриває перед землеробством великі перспективи.
Що ж є азотфіксуючі мікроби, ці незримі союзники людини у боротьбі за врожай?
Бульбкові бактерії були першою групою азотфіксуючих бактерій, про які дізналося людство. Перші дослідники бульбочкових бактерій припускали, що ці мікроби можуть селитися на коренях більшості видів бобових культур. Але потім було встановлено, що бактерії мають свої особливості: та чи інша раса бульбочкових бактерій може вступати в симбіоз з бобовими рослинами тільки певного виду. (Симбіозом називається співжиття двох організмів, при якому вони зазвичай взаємно отримують один від одного користь.) Наприклад, бульбочкові бактерії конюшини поселяються тільки на коренях конюшини. Лише бульбочкові бактерії гороху менш перебірливі у виборі «хазяїна».
«Працездатність» бульбочкових бактерій, що зв'язують азот, називають їхньою ефективністю. Серед рас бульбочкових бактерій у ґрунті є ефективні та неефективні. Ефективна раса активно фіксує азот, неефективна - викликає утворення бульбочок, але фіксаціїазоту в них не відбувається, отже, рослина даремно витрачає «будівельний матеріал», даремно годує своїх «постояльців».
Яка кількість азоту може бути накопичена в грунті при культивуванні тих чи інших бобових рослин? Ефективні раси бульбочкових бактерій можуть пов'язувати до 200 кг азоту на гектар посіву. Кореневі залишки однорічних та багаторічних бобових рослин у неоднакових умовах вирощування та на різних ґрунтах містять різну кількість азоту. У середньому люцерна щорічно залишає у ґрунті близько 100 кг азоту на гектар, конюшину та люпин — близько 80 кг, однорічні бобові — до 10—20 кг.
Здатністю пов'язувати атмосферний азот мають як мікроорганізми, що у симбіозі з рослиною, а й інші види грунтових мікробів. Перший такий азотфіксатор — клостридій Пастера — був виділений із ґрунту у 1895 р. українським мікробіологом С. Н. Виноградським.
Молоді клітини (у стадії поділу) анаеробного азотфіксуючого мікроба клостридій Пастера (електронно-мікроскопічний знімок).
Клостридій Пастер має цікаву фізіологічну особливість: він не переносить кисню, це так званий анаероб. У присутності кисню повітря клостридій може розвиватися лише тоді, коли по сусідству є аеробні бактерії, що поглинають кисень і створюють безкисневу атмосферу. Він малочутливий до реакції середовища і може розвиватися як у кислих ґрунтах, так і при лужній реакції ґрунтів.
Другий вільноживучий мікроб, що фіксує азот атмосфери, був відкритий голландським мікробіологом М. Бейєрінка в 1901 р. Він отримав назву «азотобактер». На відміну від клостридія азотобактер чутливий до кислотності середовища проживання і зустрічається лише дуже слабокислих і нейтральних грунтах. Азотобактер – аероб: він можерозвиватися лише у присутності кисню повітря, хоча у дуже невеликій кількості. Встановлено, що азотобактер крім фіксації азоту створює та виділяє у ґрунт різні вітаміни та ростові речовини.
Так виглядають підмікроскопом клітини різних видів азотобактера.
Відкрито ще одну бактерію, що належить до вільноживучих грунтових азотфіксаторів. Цій бактерії на честь М. Бейєрінка дано назву бейєрінкія.
Вільноживучі мікроорганізми накопичують азоту в ґрунті дещо менше, ніж бульбочкові, але і вони відіграють дуже важливу роль у землеробстві.
Процеси фіксації атмосферного азоту у грунті дуже складні і залежить від безлічі умов. Встановити з досвіду, скільки азоту накопичують у грунті вільноживучі мікроби, допомогло застосування ізотопу азоту. П'ять — десять кілограмів азоту на кожний гектар за вегетаційний період — таким було виведення вчених.
На початку XX ст. були зроблені перші спроби вносити бульбочкові бактерії в ті грунти, де таких бактерій немає зовсім або їх місцеві раси малоефективні, і тим самим поліпшити умови для розвитку бобових рослин. Наразі цей спосіб підвищення врожайності бобових поширений широко. Розроблено спеціальні методи зараження насіння потрібними расами бульбочкових бактерій, а промисловість випускає стандартний препарат нітрагін, що містить ефективні раси бульбочкових бактерій, пристосовані до кожної бобової культури.
Клубеньки на корінні сої.
Клубенькова бактерія з бульба гороху (електронно-мікроскопічний знімок).
Насіння бобових культур у день посіву обробляють нітрагіном, розбавленим водою. Заражене насіння не можна тримати на сонці (сонячне світло вбиває бактерії) і зберігати більше доби, такяк ефективність нітрагіну при тривалому зберіганні знижується. Зазвичай нітрагін обробляють насіння, але іноді і пророслі бобові рослини, обприскуючи їх бактеріальною суспензією. Не можна заражати нітрагіном насіння, оброблене дезінфікуючими речовинами, оскільки більшість цих речовин є отруйними для бактерій. Обробка бобових культур нітрагіном за дотримання всіх необхідних правил приносить велику користь. Вона підвищує врожай і покращує його якість: кількість білків у зеленій масі та зерні збільшується іноді в 1,5-2 рази.
Крім нітрагіну, у нас використовується й інше бактеріальне добриво — азотобактерин. Цей препарат є чистою культурою азотобактеру в поєднанні з торфом і вуглекислим кальцієм.
Азотобактер фіксує атмосферний азот, який надходить у розпорядження рослин, перешкоджає розвитку грибів, чим оздоровлює ґрунт навколо кореня та покращує зростання рослин, виділяє вітаміни та ростові речовини, що надають на рослини стимулюючу дію. Доцільніше використовувати цей препарат на високородючих ґрунтах, оскільки він не тільки підвищує врожайність рослин, а й прискорює їх розвиток, що дозволяє отримувати врожай у більш ранні терміни.
Азотобактерін значно підвищує врожайність сільськогосподарських культур (польових культур, наприклад, на 10-13%). А на багатих на органічну речовину грунтах урожайність підвищується на 25% і більше.
Бактеріальне добриво фосфоробактерін покращує фосфорне харчування рослин. Вчені встановили, що фосфорні бактерії утворюють цілу низку ростових речовин. Найбільш ефективно це бактеріальне добриво на добре удобрених, багатих на органічну речовину грунтах.
Щоб збільшити родючість ґрунту, застосовують також комплексне бактеріальне добриво АМВ, якемістить різні мікроорганізми.
Щоб досконало керувати мікробіологічними процесами в ґрунті, належить ще багато зробити. На порядку денному — розгадка механізму азотфіксації, створення нових ефективних бактеріальних добрив, розробка нових агротехнічних прийомів, що дозволяють регулювати роботу ґрунтових мікробів та багато іншого.