Останнім часом у виробників біологічних препаратів для рослинництва з’явився широкий спектр біологічних препаратів для, так званої, «мобілізації фосфору». Причому, якщо по інокулянтам для бобових види використовуваних мікроорганізмів досить обмежені, і значення має лише використовуваний виробником штам, то біодобрива для поліпшення фосфорного живлення рослин представлені широким спектром мікроорганізмів, які представляють величезну кількість пологів. Як в даному випадку правильно вибрати препарат і чи дійсно вони необхідні в рослинництві, ми спробуємо розібратися в даній статті.
Поряд з азотом (N), фосфор (Р) є ключовим елементом в харчуванні рослин. Він грає важливу роль практично у всіх основних метаболічних процесах рослин, включаючи фотосинтез і дихання рослин, передачу та консервування енергії, молекулярний біосинтез і трансдукцію сигналів, а також фіксацію азоту у бобових. Незважаючи на те, що фосфор міститься в грунтах в неорганічних і органічних формах в достатній кількості, він є обмежуючим фактором росту рослин, так як знаходиться в недоступній формі для поглинання корінням рослин. Неорганічний фосфат знаходиться в грунті, в основному в нерозчинних мінеральних комплексах, які активно утворюються після частого застосування хімічних добрив. Органічне речовина також є важливим резервуаром іммобілізованого фосфору. На його частку припадає від 20 до 80% фосфору грунту. І лише 0,1% від загальної кількості фосфору існує в розчинній формі, доступній для поглинання рослинами.
Забезпечення достатньої кількості фосфору на ранніх етапах розвитку рослин має важливе значення для закладання репродуктивних частин культури. Фосфор відіграє важливу роль у збільшенні кореневої системи, тим самим надаючи рослинам життєздатність і стійкість до хвороб. Це також допомагає у формуванні повноцінних насінин і в ранньому дозріванні сільськогосподарських культур. Погана доступність або дефіцит фосфору помітно зменшують ріст рослин. Фосфор становить 0,2 – 0,8% від сухої ваги рослини.
Перетворення фосфатів в недоступну для рослин форму відбувається двома шляхами: а) в результаті сорбції фосфатів на поверхні мінералів грунту, б) при осадженні фосфатів вільними іонами Ca2 +, Al3 + і Fe3 + в ґрунтовому розчині. Саме з другої причини грунтовий фосфор стає недоступним, і необхідні для розвитку рослин його рівні на більшості сільськогосподарських грунтів заповнюють хімічними добривами.
Видобуток фосфатних мінералів і розкидання фосфорних добрив над ландшафтом не є справою екологічно чистим і економічно виправданим. Це також породжує цілий ряд проблем: (1) виділення фтору – високолетких і отруйного газу; (2) видалення гіпсу і (3) накопичення Cd та інших важких металів в грунті при частому використанні фосфорних добрив. Крім того, ефективність застосованих фосфорних добрив в хімічній формі рідко перевищує 30% через його зв’язування або у формі фосфатів заліза / алюмінію в кислих грунтах, або у вигляді фосфату кальцію в нейтральних і лужних грунтах. Це не тільки представляє собою великі витрати сільськогосподарського виробництва, але також справляє негативний екологічний вплив на родючість грунту в цілому.
Часті і безграмотні застосування хімічних фосфорних добрив призводять до істотної втрати родючості грунтів шляхом порушення мікробної різноманітності і, як наслідок, зниження врожайності сільськогосподарських культур. Загальний вміст фосфору у верхньому 30-ти см шарі ґрунту становить від 400 до 4000 кг / га і лише близько 1% (10-30 кг / га) за вегетаційний період використовується рослинами для формування біомаси, що вказує на його низьку доступність. Незважаючи на те, що для підвищення доступності фосфору в різних грунтах застосовують різні технології, всі вони дорогі і складні для практичного застосування. Більш того, фосфор – не поновлюваний ресурс. Було підраховано, що при поточному рівні його використання відомі в світі запаси високоякісної фосфоровмісні породи можуть бути вичерпані в поточному столітті. За цей час виробництво фосфорних добрив потребують переробки більш низькосортних порід, що значно збільшить їх вартість.
Всі ці потенційні проблеми, пов’язані із застосуванням хімічних фосфорних добрив, поряд з величезними витратами на їх виробництво, привели до пошуку сумісних з навколишнім середовищем і економічно доцільних альтернативних стратегій для поліпшення рослинництва на фосфородефіцітних грунтах.
Значна кількість мікроорганізмів має здатність до розчинення фосфору. До них відносяться бактерії, гриби, актиноміцети і навіть водорості. Ці мікроорганізми здатні розвиватися в різних умовах, але істотно різняться за здатністю до розчинення мінерального фосфату, яка залежить від типу грунту, його фізико-хімічного складу, а також культури, яка на ній буде виростати. Концентрація заліза, температура і джерела вуглецю і азоту в значній мірі впливають на фосфатмобілізуючі потенціали цих мікроорганізмів. Як правило, гриби продукують більше кислот, ніж бактерії, і, отже, виявляють велику фосфатмобілізуючу активність. Більш того, вони здатні проникати набагато далі в грунтах, ніж бактерії, і, отже, мають біліше виражений потенціал для розчинення фосфору в ґрунтах. Серед филаментозному грибів, які розчиняють фосфат, найбільш характерними є пологи Aspergillus, Penicillium, Trichoderma і Rhizoctonia. Разом з тим, в грунті бактерії фосфатмобілізатори складають до 50% від загальної чисельності мікробної популяції, а гриби лише 0,1-0,5%.
Серед бактерій найчастіше використовують види Pseudomonas та Bacillus, а серед грибів переважають види Aspergillus і Penicillium.
Однак, рослини по-різному реагують на інокуляцію фосфатмобілізаторами. Їх реакція залежить від цілого ряду чинників, таких як температура і pH грунту, вологість, засоленість, джерело нерозчинного фосфору, метод інокуляції, джерело вуглецю і штам мікроорганізму. Організми, які беруть участь у кругообігу фосфору в ґрунтах, дуже різноманітні, і мікроорганізми, ймовірно, відіграють найважливішу роль. Однак близько 99% грунтових мікроорганізмів-фосфатмобілізаторів не знайшли успішного застосування в якості біологічної основи біодобрив.
Основні механізми, використовувані грунтовими мікроорганізмами перетворення фосфору в доступні форми, включають: (1) вивільнення комплексоутворюючих або мінералрозчинних з’єднань, наприклад: аніони органічних кислот, сідерофори, протони, гідроксильні іони, (2) вивільнення позаклітинних ферментів (біохімічна фосфатмінералізація) і (3) вивільнення фосфору під час деградації субстрату (біологічна фосфатмінералізація).
Мікроорганізми відіграють важливу роль у всіх трьох основних компонентах фосфорного циклу грунту (тобто розчинення-осадження, сорбція-десорбція і мінералізація-іммобілізація). Крім того, ці мікроорганізми в присутності лабільного вуглецю служать в якості накопичувача фосфору, швидко іммобілізуя його навіть при його низьких кількостях в грунтах. Таким чином фосфатмобілізуючи мікроорганізми стають джерелом фосфору для рослин після його вивільнення з клітин при їх загибелі через зміни умов навколишнього середовища, голодування або хижацтва. Зміни навколишнього середовища, такі як висушування-повторне зволоження або заморожування-відтавання, можуть призводити до, так званим, промивним подій, раптового збільшення доступності фосфору в розчині через незвично високу частку лізису мікроорганізмів. Було виявлено, що близько 30-45% мікробного фосфору (0,8-1 мг / кг) вивільнялося в піщаному грунті після циклів сушіння-повторного зволоження протягом перших 24 годин.
Несприятливий вплив на навколишнє середовище хімічних фосфорних добрив, виснажуються ресурси високосортних фосфатних порід і стрімко зростаючі ціни на них змушують людство шукати стійкий підхід до забезпечення доступності фосфору в сільському господарстві. Грунтові мікроорганізми беруть участь в ряді процесів, які впливають на трансформацію фосфору і, відповідно, на його доступність рослинам. Зокрема, мікроорганізми можуть розчиняти і мінералізувати фосфор з неорганічних і органічних пулів грунту. Мікробіологічні фосфатмобілізатори представляють собою ефективний спосіб вирішення проблеми доступності фосфору в грунті. Так само було висловлено припущення, що накопичений в сільськогосподарських грунтах фосфор знаходиться в достатній кількості для підтримки максимального врожаю в усьому світі протягом приблизно 100 років, якщо його перевести в доступну форму.
Крім того, що фосфор стає доступним для поглинання рослинами, було отримано ряд повідомлень про стимулювання росту рослин цими мікроорганізмами, що досягається шляхом виробництва корисних метаболітів, таких як фітогормони, антибіотики або сідерофори. Було показано, що різні препарати фосфатмобілізаторів сприяють зростанню багатьох культур.
Хоча за останні кілька десятиліть були проведені значні дослідження, пов’язані з фосфатмобілізаторами і їх роллю в стійкому сільському господарстві, необхідні дослідження залишаються в зародковому стані. Тим не менше, використання ефективних фосфаттрансформуючих мікроорганізмів відкриває новий горизонт для підвищення врожайності сільськогосподарських культур, крім підтримки здоров’я грунту.
Біотехнологічні і молекулярні підходи могли б поглибити розуміння механізмів мобілізації фосфору, які могли б привести до більш успішної взаємодії рослин і мікроорганізмів. Зусилля також мають бути спрямовані на використання фосфатмобілізуючих мікроорганізмів для скорочення застосування пестицидів.
Біотехнологія мобілізації фосфору мікроорганізмами надає відмінну можливість для розробки екологічного фосфорного біодобрива, яке буде використовуватися в якості доповнення до хімічних добрив або як альтернатива хімії.
Сьогодні на ринку України присутній ряд біопрепаратів, що успішно справляються з завданням мобілізації фосфору на полях аграріїв. І попит на дані препарати стабільно зростає. Тепер і ви знаєте про користь, яку бактерії можуть принести на вашому полі. Залишається тільки цю користь отримати.
Павло Маменко, кандидат біол. наук,
керівник відділу R & D Торгового Дому «Ензим-Агро»
