Живая почва: чего вы не знали?

Почва является местом обитания для большого количества микроорганизмов, таких как бактерии, нематоды, вирусы, грибы и простейшие. Микроорганизмы почвы повышают плодородие, поддерживают устойчивость экосистем.

В последние годы значительно возросло число оппортунистических грибных инфекций и виды родов Aspergillus, Mucor, Penicillium, Rhizopus, Fusarium, Alternaria и др. становятся причиной различных инфекций у человека, что непосредственно связано с изменением фитопатогенного потенциала почвы. Mucor, например, вызывает поражение глаз людей с низким уровнем иммунитета.

Но продолжим.

Комплексный подход к здоровью почвы предполагает, что почва является живой системой, а её здоровье — результат различных процессов, оказывающих влияние на активность почвенной микробиоты и урожайность культур.

Грибы выполняют важные функции, связывая влагу, высвобождая доступные для растений формы элементов питания и подавляя возбудителей болезней. Наряду с бактериями, грибы играют важную роль в качестве биодеструкторов в пищевой цепочке. Они разлагают трудноусвояемую органику на более простые формы, которые могут использовать другие микроорганизмы в этой цепи питания. Грибы физически создают стабильные агрегаты, которые помогают увеличить водоудерживающую способность почвы, превращая субстрат в почву.

Почвенные грибы в целом делятся на три категории:

Биодеструкторы: сапрофиты, превращающие мертвый органический материал в переработанную биомассу, CO₂ и органические кислоты, спирты и фенолы. Как правило, они разлагают целлюлозу и лигнин древесины.

Патогены: паразиты, вызывают болезни растений, колонизируя корни. Вертицилл, ризоктония, фузариум и питиум ежегодно наносят серьезный вред сельскому хозяйству.

Микоризообразователи: колонизируют корни растений. В обмен на углеводы микоризные грибы поставляют растению легкодоступный фосфор и питательные вещества (азот, микроэлементы). Эктомикориза растет на поверхности корней и обычно ассоциируется с деревьями (могут образовывать единую микоризу для целого леса), а эндомикориза, растущая внутри корней, обычно формируется с травами, пропашными культурами, овощами и кустарниками. Практически у всех семейств обнаружена микориза, исключая крестоцветные.

Ключевой эффект микоризообразователей для обработки семян и рассады – улучшение укоренения, стимуляция эффективности использования питательных веществ, улучшение структуры почвы, повышение устойчивости растений к стрессам. Болезни культурных растений могут контролировать виды Glomus sp. или Trichoderma sp., подавляющие грибные патогены: виды T. asperellum, T. atroviride, T. harzianum, T. virens и Т. viride часто используются в биоконтроле, как и инокуляцию микробными консорциумами вместе с ризобактериями, способствующими росту растений, азотфиксации и доступности фосфатов.

Если почва твердая или покрыта коркой, и ее трудно проткнуть пальцем, то вы, возможно, имеете дело с плохой почвой или плохо обрабатываемой почвой. Если же палец легко проникает в почву, это указывает на то, что в почве достаточно пор для аэрации и роста корней. Запах почвы также может быть показателем здоровья: почвы, которые поддерживают обильные популяции микроорганизмов, имеют характерный «грибной» запах, связанный с наличием актиномицетов.

Грибы — единственные организмы, которые могут расщеплять лигнин — соединение, которое придает древесине жёсткость. Сапрофитные грибы разлагают мёртвую древесину, возвращая органическое вещество в почву.

На следующем этапе деструкции органики за дело берутся бактерии, разрушая растительный материал до более простых соединений.

Среднее количество микроорганизмов на 1 г плодородной почвы, экз.:

• бактерии: 1х10⁸…10⁹;
• актиномицеты: 1х10⁷…10⁸;
• грибы: 1х10⁵…10⁶;
• водоросли: 1х10⁴…10⁵;
• простейшие: 1х10³…10⁴.

Отсутствие в почве дождевых червей также косвенно указывает на низкий уровень плодородия почвы, так как в этом случае в почве отсутствуют простейшие, которые являются основным источником их пищи.

Так, цикл питания поддерживается углеводами, которые растения выделяют корнями, обеспечивая источник энергии для почвенных микроорганизмов, а последние потребляют органику, минералы и друг друга. Минералы, питательные вещества и вода, которые хранятся в их телах, после их гибели снова высвобождаются и, по мере их минерализации, становятся доступными растениям. Так проходит круговорот всего в природе.

Важно понимать, что внесение органического вещества в почву не будет иметь эффекта без устойчиво функционирующего микробного сообщества.

Негативно сказываются на продуктивности почвы:

• удаление растительных остатков с поля;
• частое механическое перемешивание плодородного слоя;
• внесение удобрений без агрохимического обследования (изменение кислотности почвы изменяет состав и соотношение микроорганизмов, а высокий уровень фосфора не позволяет сформировать микоризу);
• чистые пары (в отсутствие растений с корневыми выделениями обедняется микробиологический состав почвы, остаются только патогены и условные патогены).

Следующие 17 элементов питания жизненно важны для правильного роста и развития растений — макроэлементы, которые далее делятся на:

• структурные: C, H, O;
• первичные: N, P, K;
• вторичные: S, Ca, Mg

и микроэлементы: Fe, B, Cu, Cl, Mn, Mo, Zn, Ni. Помимо структурных питательных веществ (растения, которые получают из воздуха и воды), остальные поглощаются растением только в конкретных доступных формах:

• Азот (N) в виде NH₄⁺ (аммоний) и NO₃⁻ (нитрат);
• Фосфор (P) в виде H₂PO₄⁻ и HPO₄^2- (ортофосфат);
• Калий (K) в виде K⁺, серу (S) в виде SO₄^2- (сульфат);
• Кальций (Ca) в виде Ca²⁺, магний (Mg) в виде Mg²⁺;
• Железо (Fe) в виде Fe²⁺ и Fe³⁺, цинк (Zn) в виде Zn²⁺;
• Марганец (Mn) в виде Mn²⁺, молибден (Mo) в виде MoO₄^2- (молибдат);
• Медь (Cu) в виде Cu²⁺, хлор (Cl) в виде Cl⁻ и бор (B) в виде H₃BO₃ (борная кислота).

Многие микроорганизмы являются частью различных биогеохимических циклов и переводят органические и неорганические вещества в доступные формы для растений, подавляют почвенные патогены с помощью антибиотиков и помогают в защите растений от болезней.

Азот (N), важный элемент для синтеза аминокислот и нуклеотидов, необходим всем формам жизни в больших количествах.

Атмосфера является крупнейшим хранилищем азота (78% от воздуха), хотя N₂ и не является свободно доступным для большинства живых организмов, он доступен только для азотфиксирующих бактерий и архей, которые первыми вводят его в круговорот элементов питания. Этот фиксированный N составляет менее 0,1% от всего N₂ на планете и способен ограничить первичное накопление органики как в наземных, так и в морских экосистемах. Внутри организмов N существует в большинстве восстановленных форм, и во время лизиса клеток он нитрифицируется до нитрата, который, в свою очередь, денитрифицируется до газа N₂.

На первом этапе азотфиксации помогает группа бактерий, называемых диазотрофами (цианобактерии, зеленые сернистые бактерии, азотобактеры, ризобии и франкии) в различных экосистемах; первые три группы фиксируют азот как свободноживущие микроорганизмы, а последние две — путём симбиоза с высшими растениями.

Такие культуры, как пшеница, рис, сахарный тростник и некоторые древесные также обладают способностью поглощать атмосферный азот, используя свободноживущие или ассоциативные диазотрофы. Однако вклад симбиоза бобовых и ризобий (13…360 кг/га накопленного азота) намного больше, чем несимбиотических систем (10…160 кг/га).

Помимо своей роли в эффективном питании, ризобии способствуют росту, интенсивному поглощению элементов питания, выработке фитогормонов и снижению последствий от биотического и абиотического стресса.

Помимо ризобий, ассоциативные и свободноживущие азотфиксирующие бактерии также коммерциализированы в качестве биоудобрений.

Род Azospirillum, ассоциативная бактерия, включает почти 15 видов-азотфиксаторов: A. lipoferum, A. brasilense, A. amazonense, A. halopraeferans, A. irakense, A. largimobile, A. dobereinerae, A. oryzae, A. melinis, A. canadense, A. zeae, A. rugosum, A. palatum, A. picis и A. thiophilum.

Важным родом является Azotobacter, свободноживущий азотфиксатор, который включает виды: A. chroococcum, A. vinelandii, A. beijerinckii, A. paspali, A. armeniacus, A. nigricans. Помимо способности к фиксации азота, он производит фитогормоны, ферменты, повышает мембранную активность, пролиферацию корневой системы, усиливает поглощение влаги и минералов, мобилизует минеральное питание, смягчяет последствия факторов стресса окружающей среды, а также оказывает прямой и косвенный биоконтроль против многочисленных фитопатогенов.

Нитрификация азота дополнительно осуществляется двумя группами микроорганизмов: окислителями аммиака, которые превращают аммиак в нитриты (нитрозомонады, нитрозоспиры и нитрозококки) и окислители нитритов (истинные нитрирующие бактерии), которые превращают нитриты в нитраты (нитробактерии и нитрококки) ферментативным путём.

Фосфор (Р) является ключевым компонентом нуклеиновых кислот, молекулы энергии АТФ и фосфолипидов мембран. P составляет около 0,2…0,8% от сухого веса растения, но только 0,1% этого Р доступно для растений из почвы.

Почвенные микроорганизмы помогают в высвобождении растениям доступных форм фосфора (растения поглощают только растворимый Р, как одноосновной (H₂PO₄⁻) и двухосновной (H₂PO₄²⁻) формы. Многие виды бактерий (Pseudomonas и Bacillus), и некоторые виды грибов (Aspergillus, Penicillium и Trichoderma) и актиномицетов (Streptomyces и Nocardia) также способны переводить фосфор в доступные для высших растений формы.

Минерализация органического Р происходит с помощью нескольких ферментов микробного происхождения, такими как кислые фосфатазы, фосфогидролазы, фитазы, фосфоноацетатгидролазы, D-α-глицерофосфатазы и др. Другие минеральные элементы также превращаются в свою доступную форму любым из вышеперечисленных механизмов.

Более 95% от общего количества почвенной серы связано с органическими молекулами, т.е. находится в недоступной непосредственно растениям форме, а неорганическая сера составляет около 5%. Это минимальная часть доступной S в почвах приводит к симптомам дефицита серы у растений, который очень похож на недостаток азота.

Сера, как и P, K, Ca, Mg, является недоступной на щелочных почвах.

Окисление элементарной серы и неорганических соединений серы до сульфатов осуществляется хемоавтотрофными (Thiobacillus sp., T. ferrooxidans и Т. tiooxidans) и фотосинтетическими (зеленые и фиолетовые бактерии, хлоробии, хроматии) бактериями. Также известно, что бациллы, псевдомонады и артробактерии, а также грибы, такие как аспергиллы и пенициллы, некоторые актиномицеты окисляют соединения серы.

Принято считать, что урожайность озимой пшеницы определяется в основном тройкой «N:P:K», хотя на самом деле на этом история не заканчивается.

Даже при достаточном количестве азота (а большинство так и ориентируется только на азот, как на главный фактор формирования урожая), его превышающий дисбаланс по фосфору не решает ничего, и даже наоборот усиливает поражение листовыми пятнистостями, мучнистой росой, корневыми гнилями, увеличивает риск полегания.

В растении фосфор в принципе накапливается достаточно медленно, и поэтому его доступность до кущения должна быть обеспечена на 100% (фосфор, напомню, не мигрирует по профилю вообще), но с накоплением азота и фосфора до оптимальных значений (разные показатели для каждой географии, сорта и погодных условий) лимитирующими факторами становятся другие (в основном микроэлементы).

На стадии кущения (в момент формирования колоса и количества продуктивных стеблей) необходимость как в макроэлементах (S, Mg, K), так и в микроэлементах (Zn, Mn, Cu, Fe) в растениях пшеницы выше, чем в колошение-молочную спелость. Это ещё раз доказывает эффективность внесения микроэлементов именно в ранние фазы развития пшеницы (кущение — выход в трубку), а не в поздние (по колосу), как часто принято на практике.

А потом симптомы его недостатка называют вирусами, бактериозами, пятнистостями, или ещё чем-то…

«Готовь сани летом» — это мудрая и старая пословица про то, что урожай озимой пшеницы закладывается при севе, реализуется в кущение, а потом только смотрим на то, что вырастили…

И даже если в кущение у вас хорошая листовая масса без всяких симптомов дефицита питания, сама по себе красивая «зелёнка» в этот момент — ещё не признак высокого урожая. Этот магний обязательно понадобится чуть позже. Как, впрочем, и марганец.

Поэтому если вносите высокие дозы азота и фосфора, не забывайте про магний, серу и марганец для фолиарного внесения как наиболее дефицитные (или недоступные в почве по различным причинам) даже в неплохих чернозёмах.