Бактерії на службі практичної агрономії

За останні  роки, внаслідок системних змін у веденні  сільського господарства, виникли значні зміни в господарюванні в порівнянні з попередніми роками. Агро-виробники з переходом до ринкової економіки, найбільшу увагу стали приділяти вирощуванню культур, які користуються більшим попитом на ринку, під них  зафіксовано значне  збільшення площ за рахунок таких культур як : багаторічні трави,  стручкові, бобові рослини та ін., які відігравали важливу роль у сівозміні, що призвело до звуження сівозміни сільськогосподарських культур. Наведені факти спричиняють негативні наслідки, перш за все настає одностороннє збіднення ґрунту на поживні речовини, погіршуються фізичні, хімічні та біологічні властивості ґрунтів, в них знаходяться та розмножуються лише певні види мікроорганізмів. Через зміну дотаційної політики, суттєво скоротилася кількість дозування вапняного матеріалу, що застосовувалося раніше для розкислення грунтів, словом, не дотримується цикл вапнування і , як наслідок цього збільшується частка ґрунтів, які мають кислу реакцію, а трьохрічний цикл внесення внесення органічних добрив вже також у минулому.  Наслідком наведених фактів є зниження родючості ґрунтів.

З точки зору збереження родючості ґрунтів, органічні добрива, безперечно відігравали та відіграють важливу роль. Вони мають високу поживну  цінність , також разом з ними до ґрунту вносяться речовини рослинного походження (макроелементи та мікроелементи),  органічні речовини, мікроорганізми, стимулятори росту та гормональні речовини.

Кількість органічної речовини впливає на біологічні, фізичні а також на хімічні властивості субстрату, наслідком чого є інша засвоюваність рослинами поживних речовин з ґрунту при застосуванні мінеральних та органічних добрив. Із значним зменшенням поголів’я свійських тварин відповідно зменшилася і кількість місцевого органічного добрива (гній, гнойова рідина, безпідстилочний гній та ін. ). У той час, як у 1993 році на 1 гектар сільськогосподарських угідь вносилося 10 тонн гною, то в 2011 році цей показник вже складав лише 2,5 тони. Ці низькі показники  поживних речовин, що вносяться з органічними добривами виробники сільгосппродукції намагалися компенсувати завдяки внесенню доз промислових (мінеральних) добрив, переважно зосереджуючись лише  на односторонньому  внесенні азоту, причому значно відставали від балансу фосфор, калій, магній, кальцій та інші.

Ведення інтенсивного сільськогосподарського виробництва вимогає достатньої кількості поживних речовин в ґрунті. Врожаї основних сільськогосподарських культур використовують з ґрунту значну кількість поживних речовин, які потрібно компенсувати добривами, щоб зберегти задовільну родючість ґрунтів.

Частка поживних речовин внесених до ґрунту з добривами, яка піде на користь рослинам, залежить від багатьох факторів – ґрунтових, агротехнічних, погодних умов, а також від сортових особливостей рослин. Згідно з агротехнікою та інтенсивністю удобрення та в залежності від властивостей ґрунтів і їх впливу на рослини, в ґрунтах накопичується більше чи менше запасів поживних речовин, формується режим поживних речовин , що впливає на  родючість посівних площ.

Вибір оптимальної дози добрив, при збереженні відповідного співвідношення поживних речовин, легший на ґрунтах з середнім запасом фосфору і калію та з нормальною реакцією ґрунту, ніж на ґрунтах з невеликим запасом однієї, або декількох поживних речовин, або ж з низьким рівнем рН ґрунту. При малих дозах фосфору та калію деякі ґрунти настільки суттєво поглинають поживні речовини з добрив, що їх засвоюваність рослинами є дуже низька.

Реакція ґрунту та її роль в живленні рослин.

Реакція ґрунту є одним з найважливіших факторів, який впливає на родючість ґрунту. Реакція ґрунту, перш за все, впливає на сполучення і розчинність поживність речовин, на поліпшення структурного стану ґрунту, утворення гумусу і, поступово, її роль зміщується в положення, яке є показником екологічної стабільності аграрної території.         Реакція ґрунту значною мірою впливає на ріст та розвиток рослин.

На реакцію ґрунту впливають внутрішні (ендогенні) фактори – особливо хімізм та текстура породи з якої утворився ґрунт, та зовнішні (екзогенні) фактори, до яких належать атмосферні фактори (опади), біологічні фактори (кореневі виділення рослин), діяльність людини (агротехніка, застосування добрив і т.д.).

На використання поживних речовин з ґрунтових запасів  та з внесених добрив суттєво впливає активність чи концентрація іонів водню в ґрунті, особливо в ґрунтовому розчині. Водневі іони надзвичайно реактивні, впливають на розчинність хімічних сполук та хімізм перетворення поживних речовин в ґрунті. Тому, фактор рівня реакції ґрунту є одним з найважливіших критеріїв родючості ґрунту.

Активність водневих іонів в ґрунті зменшує буферна властивість ґрунту. Іони водню витіснені під час різних процесів, що відбуваються в ґрунті є буферизовані ґрунтовими колоїдами неорганічного та органічного походження. Буферний ефект мають також солі слабких органічних кислот. Висока концентрація Н+ іонів підтримує процес вивітрювання мінералів, наслідком якого є витіснення іонів таких як K+, Mg2+, Ca2+, Mn2+, Cu2+ та Al3+.  Рівень рН повинен коливатися в діапазоні від 6,5 – 7,5. Рівень рН впливає на активність мікроорганізмів, до рівня рН 5,5 домінують в ґрунтовому шарі –ризосфері – гриби, а при вищому рівні рН – бактерії. Діяльність нітрифікуючих бактерій Nitrosomonas та Nitrobacter є активнішою в нейтральному середовищі ґрунту.

Реакція ґрунту та засвоєння поживних речовин.

Засвоєння рослинами поживних речовин тісно пов’язане з рівнем рН, особливо що стосується фосфору та мікроелементів. На засвоюваність фосфору чинить опосередкований вплив реакція ґрунту. Зниженням рівня рН частка розчинних аніонів Н2РО4 збільшується, але якщо одночасно збільшується і розчинність катіонів заліза та алюмінію, при низькому рівні рН та при високому вмісті алюмінію і заліза в ґрунті, фосфатні аніони з’єднуються катіонами Аl3+ та Fе3+ та утворюють нерозчинні фосфати алюмінію чи заліза. Найінтенсивніше проходять ці хімічні реакції в ґрунті з рівнем рН до 5,0. Корекцією реакції ґрунту вапнуванням створюються умови для кращого засвоєння рослинами фосфору. З точки зору розчинення важкорозчинних фосфатів рівень рН повинен би утримуватися між 6,0 – 7,0.

Зображення №1 Вплив Al та Fe в кислому середовищі та Са в лужному середовищі ґрунту на засвоюваність фосфору (Ковачік, та інші, 2001р. ).

Вплив Al та Fe в кислому середовищі та Са в лужному середовищі ґрунту на засвоюваність фосфору

Значним є вплив рівня рН на засвоюваність мікроелементів. За винятком молібдену, засвоюваність мікроелементів збільшується із зменшенням рівня рН. Корекцією реакції ґрунту вапнуванням токсичний вплив ліквідується завдяки зменшенню їх розчинності.

Вплив добрив на рівень рН ґрунту

Добрива, особливо промислові (мінеральні), впливають на хімічні процеси, які відбуваються в ґрунті та впливають на концентрацію іонів водню. Більшість добрив є нейтральними, а у водному розчині – слабко лужні солі. Рослини, як правило, засвоюють катіонну або аніонну частину молекули, або ж обидві частини. Незасвоєний або засвоєний повільніше іон викликає так звану фізіологічну кислотність, тому що реагує в ґрунтовому розчині при утворенні кислоти. У реакціях обміну найчастіше беруть участь калійні добрива, витісненням кальцію із сорбційного комплексу, згідно з хімічним рівнянням:

(СК)Са2+ + 2КСl  ----------------   (СК)К+ + СаСl2

К+

Кальцій хлористий добре розчинний у воді, тим самим вилуговується (декальцифікується) орний шар ґрунту та збільшується концентрація іонів водню. Під час мікробіологічного процесу окислення (нітрифікації) NН4+ в ґрунті утворюються іони водню.

В деяких країнах крім твердих азотних добрив використовують рідкий безводний аміак (фізіологічно кисле добриво). Рідкий аміак внесений під тиском в ґрунт перетворюється в газ, який вступає у взаємодію з водою, що знаходиться в ґрунті, та утворюється гідроксид амонію. Після використання рідкого безводного аміаку протягом 10-15 днів  збільшується рівень рН ґрунту приблизно на  2-3 одиниці (NH4 + іони в  сполученні з  ОН- іонами  тимчасово збільшують  рівень рН). Поступово аміачний азот в  процесі нітрифікації перетворюється, а рівень рН знижується ще більше, ніж до застосування безводного аміаку.

Вапнування ґрунтів.

Вапнування ґрунтів у нас було традиційно поширеним. Тим не менше, спостерігається погіршення реакції ґрунтових розчинів з меншим природнім запасом кальцію і, як наслідок передусім більше споживання азотних добрив, кислотних дощів і споживання кальцію рослинами. Кальцієві добрива  - це речовини лужної дії. Окисні форми на відміну від карбонатних хімічно реактивніші, при взаємодії з водою перетворюються в гідроксиди, які нейтралізують органічні та неорганічні кислоти та кальцій після дисоціації Са(ОН)2 замінюється Н+ іонами сорбційного комплексу. Корекція реакції ґрунту реалізується вапнуванням. В середньому в сівозміні, згідно з різними авторами, за рік врожаєм використовується 40-80 кг/га-1 СаО (а при вирощуванні овочів, використовується більше, напр. качанна капуста врожайністю 80тонн/га-1 вичерпує до 400 кг/га-1 Ca), органічними добривами компенсується 10-15 кг/га-1, а втрати коливаються в діапазоні 80-350 кг/га-1. Річні втрати СаО коливаються на рівні 140-400 кг/га-1 (в середньому 280кг/га-1).  Звідси виникає потреба повторного, регулярного вапнування, особливо якщо вміст карбонатів в ґрунті нижчий ніж 0,3%.

Застосування кальцієвих добрив на кислих ґрунтах призводить до збільшення кількості бактерій та актиноміцетів та до зменшення кількості мікроскопічних грибів, що позначається на більш інтенсивному диханні ґрунтових мікроорганізмів. Вапнування з додаванням легкорозкладних органічних речовин позитивно впливає на чисельність представлених в ґрунті природних азотфіксуючих бактерій Azotobacter chroococcum.

На даний час предметом дослідження та порівняння живлення рослин є не тільки визначення дозування макроелементів та деяких мікроелементів, або ультрамікроелементів, не тільки визначення часу та форм їх використання та їх комбінування, але і спостереження за впливом гумінових та фульво- препаратів, амінокислот , хелатоутворюючих речовин, різних ґрунт-кондиціонерів, які допомагають у поліпшенні якості ґрунту, стимуляторів росту та різноманітних мікробних препаратів, які впливають на процес біологічної фіксації азоту з атмосфери.

Біологічна фіксація молекулярного азоту має велике значення для сільського господарства. Дослідженню та практичному застосуванню бактеріальних препаратів для збільшення фіксації N2 приділяється велика увага в країнах Азії, в країнах Середнього Сходу, в Японії, а також в Європі. Приділяється увага порівнянням впливу ґрунтових препаратів на окремі культури, які користуються попитом на ринку. В умовах Словацької Республіки в сільському господарстві на практиці вже декілька років ці препарати використовують, та шукають нові можливості їх застосування. Порівняння агрономічної ефективності бактеріальних препаратів почало проводитися інтенсивніше наприкінці 90-тих років на кафедрі агрохімії та живлення рослин. Феценко та Поллак проводили тестування ефективності добрива АЗОТЕР на 4 облікових культурах (кукурудза посівна, соняшник, озимий ріпак та ярий ячмінь).

Багаторічними дослідами та спостереженнями із застосуванням АЗОТЕРу для корекції незадовільної реакції ґрунту та незадовільних біологічних властивостей ґрунту підтвердилося, що вапнування разом із застосуванням препарату АЗОТЕР сприятливо впливає на покращення не тільки фізичних але і хімічних властивостей ґрунту, а також позитивно впливає на відновлення біологічної активності ґрунту, що в кінцевому результаті сприяє підвищенню родючості ґрунту.

АЗОТЕР своєю дією в ґрунті, при сприятливих волого-температурних умовах, насинтезує достатню кількість азоту та зробить необхідну кількість фосфору доступною, якої буде достатньо для забезпечення потреб вирощуваних культур, не тільки на її початкових стадіях росту, але і на наступних стадіях вегетації, що призводить до значної економії класичних азотних добрив та фосфорних мінеральних добрив.

Так як бактерії, що знаходяться в препараті АЗОТЕР мають нейтральну дію, то середовище в якому вони функціонують  поступово коригують до нейтрального рівня рН.

АЗОТЕР містить три види штамів бактерій, які відіграють важливу роль при збереженні та відновленні біологічних властивостей та продуктивності ґрунту. Вони беруть участь у несимбіотичній фіксації азоту з атмосфери, сприяють процесам розкладання органічної речовини ґрунту, допомагають зробити доступними важливі макробіогенні елементи ґрунту із нерозчинних форм перетворити їх в доступні форми. АЗОТЕР із токсикологічного погляду є речовиною нешкідливою, а його склад не загрожує навколишньому середовищу.

Azotobacter chroococcum (суворий аеробний гетеротроф) бактерія, яка бере участь у несимбіотичній фіксації азоту атмосфери. Потребує добре аеровані та досить воломісткі ґрунти, які повинні мати дрібногрудкову структуру, від нейтральної  до слабо лужної реакції ґрунту. Надзвичайно інтенсивно розмножується при використанні легкорозчинних органічних речовин (солома зернових культур, післязбиральні залишки, гній з солом’яною підстилкою, відходи рослинництва з високим вмістом клітковини). Azotobacter chroococcum утворює вітаміни групи В, нікотинову та пантотенову кислоту(вітамін В5), біотин, гетероауксин та гіберелін, а якщо знаходиться навколо насіння вирощуваних культур, вказані речовини стимулюють їх проростання та ріст. Важливими є антагоністичні відносини Azotobacterа з деякими патогенними мікроорганізмами, особливо з представниками роду Fusarium, Alternaria та Penicillium, які спричиняють серйозні грибкові захворювання, цим самим допомагаючи в рості та розвитку молодим рослинам.

Azospirillum braziliense – аеробна, мікроаерофільна, рухлива бактерія, яка бере участь у несимбіотичній фіксації азоту атмосфери та переносить температури понад 30 °C (оптимальна температура для росту коливається в межах 34°C - 37°C ), що є позитивним з огляду на фіксацію азоту атмосфери в літній період.

Bacterium megatherium – аеробна бактерія, яка бере участь в процесах розкладу більш складних органічних речовин ґрунту на більш прості компоненти та бере участь в синтезі полісахаридів, допомагає зробити доступними важливі макробіогенні елементи ґрунту (наприклад  Р) із нерозчинних форм  в доступні форми для кореневої системи рослини.

В порівнянні з іншими мікробними препаратами на основі бактерій препарат АЗОТЕР містить найбільшу густоту зародків 109 – 149 зародків в 1 мл. Доза АЗОТЕРу, що застосовується на гектар становить 10 літрів, з огляду на високу концентрацію бактерій, які містяться в добриві, після застосування АЗОТЕРу  значно збільшується чисельність бактеріальної мікрофлори в ґрунті.

Загальний вміст фосфору в ґрунтах Словаччини в порівнянні з вмістом N, K, Ca, та Mg -  найнижчий (003 – 02%). Істотна частка фосфору (92 - 99%), що знаходиться в ґрунті, рослинами не засвоювана. Тільки 1-8 %, із загального вмісту фосфору, зуміють рослини використати для створення врожаїв. Перетворення фосфору у доступну для рослин  водорозчинну форму здійснюється в ґрунті також біологічним шляхом. Добра біохімічна активність мікрофлори біопрепарату АЗОТЕР позитивно впливає на вивільнення фосфору із важкорозчинних сполук.

В одному мілілітрі АЗОТЕРу містяться сотні мільйонів бактерій роду Bacterium megatherium, які беруть активну участь в процесі розкладання органічної речовини ґрунту, та перш за все допомагають в процесі розкладання органічних сполук фосфору, що знаходяться в ґрунтовому профілі, що в кінцевому результаті сприяє утворенню сполук фосфору в засвоюваній рослинами формі.

Препарат АЗОТЕР містить крім вищенаведених бактерій і розчинну у воді клітковину. Azotobacter chroococcum та Azospirillum braziliense беруть участь у несимбіотичній фіксації азоту атмосфери, роблять його доступним для рослин, Bacterium megatherium, в свою чергу, беруть участь в перетворенні фосфору у доступну для рослин форму. За допомогою цих процесів в комбінації з присутньою клітковиною швидко збільшується чисельність бактерій, що містяться в ґрунті, які розкладають клітковину. Вони ї прискорюють процес розкладу органічної маси та післязбиральних рештків. Стає актуальним використання стимуляційного ефекту АЗОТЕРу для прискорення процесів розкладу післязбиральних рештків (солома зернових культур, ріпаку, кукурудзи та інші), які залишають на полі велику кількість післязбиральних залишків лігноцелюлозного характеру, з широким співвідношенням C:N.

Раціональне удобрення сільськогосподарських культур передбачає комплексний підхід, врівноваженість та пропорціональність щодо внесення всіх добрив. Будь-яке удобрення, яке не сприятиме гармонізації поживного стану ґрунту і рослин з рівнем інших факторів виробничого середовища є небажаною економічною безгосподарністю з можливим негативним впливом на врожай, на стан “здоров’я” насаджень а також на навколишнє середовище.