Спецвозможности
Агрохимия

Биологические фосфатмобилизаторы: эффективные фосфорные удобрения или рекламный ход

11.07.2017
4978
Биологические фосфатмобилизаторы: эффективные фосфорные удобрения или рекламный ход фото, иллюстрация
Прояви дефіциту фосфору на кукурудзі

В последнее время производители биологических препаратов для растениеводства предлагают широкий спектр биологических препаратов, способствующих лучшей мобилизации фосфора. Причем если в сегменте инокулянтов для бобовых виды применяемых микроорганизмов достаточно ограничены и значение имеет лишь используемый производителем штамм, то биоудобрения для улучшения фосфорного питания растений представлены широким спектром микроорганизмов, которые являются представителями огромного количества родов. Как в таком случае правильно выбрать препарат и действительно ли эти препараты нужны в растениеводстве? Попробуем дать исчерпывающий ответ.

 

 

 

Вместе с азотом (N), фосфор (Р) является ключевым элементом питания растений. Он участвует практически во всех основных метаболических процессах растений, включая фотосинтез и дыхание, передачу и консервацию энергии, молекулярный биосинтез и трансдукцию сигналов, а также фиксацию азота в бобовых. Несмотря на то, что фосфор содержится в почвах в неорганических и органических формах в достаточном количестве, он является ограничивающим фактором роста растений, поскольку находится в недоступной форме для поглощения корнями растений. Неорганический фосфат содержится в почве, в основном, в нерастворимых минеральных комплексах, которые активно образуются после частого применения химических удобрений. Органическое вещество также является важным резервуаром иммобилизованного фосфора. На его долю приходится от 20 до 80% фосфора почвы. И только 0,1% общего количества имеющегося фосфора находится в растворимой форме, доступной для поглощения растениями.

Роль фосфора в развитии растений

Обеспечение растений достаточным количеством фосфора на ранних этапах их развития имеет важное значение для закладки репродуктивных органов культуры. Фосфор имеет важное значение для увеличения корневой системы, придает растениям лучшую жизнеспособность и устойчивость к болезням. Это также помогает формировать полноценные семена и способствует раннему созреванию сельхозкультур. Плохая доступность или дефицит фосфора заметно уменьшают рост растений. Фосфор составляет 0,2-0,8 т сухого веса растения.

Почему фосфор становится недоступным растениям?

Преобразование фосфатов в недоступную для растений форму происходит двумя путями: а) в результате сорбции фосфатов на поверхности минералов почвы, б) вследствие осаждения фосфатов свободными ионами Ca2 +, Al3 + и Fe3 + в почвенном растворе. Именно по второй причине почвенный фосфор становится недоступным, из-за чего нужное для развития растений его количество на большинстве сельскохозяйственных почв пополняют химическими удобрениями.

Собственно как добыча фосфатных минералов, так и разбрасывание фосфорных удобрений по полевому ландшафту не является делом экологически чистым и экономически оправданным. Это также порождает целый ряд проблем: во-первых, выделение в атмосферу фтора — высоколетучего и ядовитого газа; во-вторых, удаление гипса и в-третьих, накопление Cd и других тяжелых металлов в почве при частом использовании фосфорных удобрений.

Кроме того, их эффективность при использовании в химической форме редко превышает 30% из его связывания или в форме фосфатов железа/алюминия в кислых почвах, или в виде фосфата кальция — на нейтральных и щелочных. Это не только приводит к большим расходам в сельскохозяйственном производстве, но и оказывает неблагоприятное воздействие на плодородие почвы в целом.

Частые и неконтролируемые применения химических фосфорных удобрений приводят к существенной потере плодородия почв вследствие нарушения микробного разнообразия и, как результат — снижение урожайности агрокультур. Общее содержание фосфора в верхнем 30-сантиметровом слое почвы составляет от 400 до 4000 кг/га, и только около 1% (10-30 кг/га) за вегетационный период используется растениями для формирования биомассы, что указывает на его низкую доступность. Несмотря на то, что для повышения доступности фосфора на различных типах почв применяют соответствующие им технологии, все они дорогие и сложные для практического применения.

Более того, фосфор — невозобновляемый ресурс. Опытным путем было установлено, что при нынешнем уровне его использования известные в мире запасы высококачественной фосфорсодержащей породы могут быть исчерпаны уже в текущем столетии. За это время производство фосфорных удобрений «потребует» переработки более низкосортных пород, что значительно увеличит их стоимость.

Все эти потенциальные проблемы, связанные с применением химических фосфорных удобрений, вместе с огромными затратами на их производство побуждают к поиску безвредных для окружающей среды и экономически целесообразных альтернативных стратегий для улучшения ведения растениеводства на фосфородефицитных почвах.

Биоразнообразие фосфатмобилизаторов

Значительное количество микроорганизмов обладает способностью к растворению фосфора. К ним относятся бактерии, грибы, актиномицеты и даже водоросли. Эти микроорганизмы способны развиваться в различных условиях, но существенно отличаются способностью к растворению минерального фосфата, которая зависит от типа почвы, ее физико-химического состава, а также вида культуры, который на ней будет расти. Концентрация железа, температура и источники углерода и азота в значительной степени влияют на фосфатмобилизирующие потенциалы этих микроорганизмов. Как правило, грибы производят больше кислот, чем бактерии, а следовательно, проявляют большую фосфатмобилизирующую активность. Даже больше — они способны проникать гораздо глубже в почвы, чем бактерии, поэтому имеют больший потенциал для растворения фосфора в почвах. Среди филаментозных грибов, которые растворяют фосфат, наиболее характерны рода Aspergillus, Penicillium, Trichoderma и Rhizoctonia. Вместе с тем, в почве бактерии-фосфатмобилизаторы составляют около 50% общего количества микробной популяции, а грибы — только 0,1-0,5%.

Среди видов бактерий на практике чаще всего используют Pseudomonas и Bacillus, а среди грибов преобладают виды Aspergillus и Penicillium.

Однако растения по-разному реагируют на инокуляцию фосфатмобилизаторами. Их реакция зависит от целого ряда факторов, таких как температура и pH почвы, влажность, засоленность, источник нерастворимого фосфора, метод инокуляции, источник углерода и штамм микроорганизма. Организмы, участвующие в круговороте фосфора в почвах, очень разнообразны, и микроорганизмы, вероятно, играют в этом процессе важнейшую роль. Однако около 99% почвенных микроорганизмов-фосфатмобилизаторов не нашли успешного применения как биологической основы биоудобрений.

Механизмы повышения доступности фосфора для растений

Основные механизмы, используемые грунтовыми микроорганизмами, превращают фосфор в доступные для растений формы, которые включают: 

  1. высвобождение комплексообразующие или минералорозчинних соединений, например анионы органических кислот, сидерофоры, протоны, гидроксильные ионы; 
  2. высвобождение внеклеточных ферментов (биохимическая фосфатминерализация);
  3. высвобождение фосфора при деградации субстрата (биологическая фосфатминерализация).

Микроорганизмы играют важную роль во всех трех основных компонентах фосфорного цикла почвы (то есть растворение — осаждение, сорбция — десорбция и минерализация — иммобилизация). Кроме того, эти микроорганизмы при наличии лабильного углерода служат накопителями фосфора, быстро марлевые его даже несмотря на низкие его количества в почвах. Таким образом фосфатмобилизирующие микроорганизмы становятся источником фосфора для растений после его высвобождения из клеток, после их гибели в результате изменений условий окружающей среды, голодания или хищничества. Изменение окружающей среды, такое как высушивание с последующим увлажнением или замораживанием — оттаивание, могут приводить к так называемым промывным явлениям, внезапному увеличению доступности фосфора в почвенном растворе в результате необычно высокой доли лизиса микроорганизмов. Так, в частности, было обнаружено, что около 30-45% микробного фосфора (0,8-1,0 мг/кг) освобождалось в песчаной почве после циклов сушки — повторного увлажнения в течение первых 24 часов.

Современные тренды и будущие перспективы

Неблагоприятное воздействие на окружающую среду химических фосфорных удобрений, истощения ресурсов высокосортных фосфатных пород и безудержный рост цены на них заставляют человечество искать новый подход к обеспечению растений фосфором и его доступности для применения в сельском хозяйстве. Почвенные микроорганизмы участвуют в ряде важных природных процессов, влияющих на трансформацию фосфора и, соответственно, на его доступность растениям. В частности, микроорганизмы могут растворять и минерализировать фосфор из неорганических и органических грунтовых пулов. Микробиологические фосфатмобилизаторы являются эффективным способом решения проблемы доступности фосфора в почве для агрокультур. Также ученые высказали предположение, что накопленный в сельскохозяйственных почвах фосфор содержится в достаточном количестве для поддержания максимального уровня урожая во всем мире на протяжении примерно 100 лет, если его перевести в доступную для растений форму.

Кроме информации о роли микроорганизмов в доступности фосфора для поглощения растениями, есть ряд сообщений о стимулировании ими роста растений, достигается путем выработки полезных метаболитов, таких как фитогормоны, антибиотики или сидерофоры. Ученые отмечают, что различные препараты фосфатмобилизаторов способствуют росту многих агрокультур.

Хотя за последние несколько десятилетий были проведены значительные исследования, связанные с фосфатмобилизаторами и их значением для стабильного ведения сельского хозяйства, по результативности эти научные поиски все еще остаются в зачаточном состоянии. Однако использование эффективных фосфаттрансформировочных микроорганизмов открывает новый горизонт для повышения урожайности сельхозкультур наряду с поддержанием здоровья почвы.

Биотехнологические и молекулярные подходы к решению этого вопроса могли бы углубить понимание механизмов мобилизации фосфора, что, безусловно, способствовало бы успешному взаимодействию растений и микроорганизмов. Также усилия практиков должны быть направлены на использование фосфатмобилизирующих микроорганизмов для уменьшения уровня использования пестицидов в растениеводстве.

Выводы

Биотехнология мобилизации фосфора микроорганизмами предоставляет прекрасную возможность для разработки экологического фосфорного биоудобрения, которое следует использовать как дополнение к химическим удобрениям или как альтернативу химии.

Сегодня на рынке Украины есть ряд биопрепаратов, которые успешно справляются с задачей мобилизации фосфора на полях аграриев. И спрос на эти препараты стабильно растет. Теперь и вы знаете о пользе, которую бактерии могут принести на ваше поле. Остается только эту пользу получить.

П. Маменко, канд. биол. наук, руководитель отдела R&D Торгового дому «Ензим-Агро»

Информация для цитирования
Біологічні фосфатмобілізатори: ефективні добрива чи рекламний хід
/ П. Маменко // "Біозахист та біопрепарати - актуальна перспектива". Спецвипуск журналу Пропозиція/ — 2017. С. 24-26

Интервью
Аномальная погода этой весной для предприятий, специализирующихся на производстве плодово-ягодной  продукции, стала катастрофой. Случилась она в ночь с 10 на 11 мая. Кроме морозов, стабильная
Как мы уже писали, органическая продукция в целом остается достаточно узкой нишей аграрного рынка. В значительной степени - из-за риска выращивания и сбыта. Однако есть ниши, где органическая продукция уверенно находит сбыт, по крайней... Подробнее

1
0