Спецможливості
Агрохімія

Біологічно ак­тивні грун­ти: як їх сфор­му­ва­ти

21.08.2017
7463
Біологічно ак­тивні грун­ти: як їх сфор­му­ва­ти фото, ілюстрація

У грунті все перебуває в постійному русі, чинником якого є  грунтові мікроорганізми… Як управляти цим рухом, спрямовуючи його в бажаному напрямку в конкретних умовах виробництва?

 

Грун­то­вий по­крив є од­ним із ос­нов­них ком­по­нентів довкілля, що ви­ко­нує життєво важ­ливі функції біос­фе­ри. Грун­то­вий і рос­лин­ний по­криви у при­роді ут­во­рю­ють єди­ну си­с­те­му. Втра­та грун­том ро­дю­чості, йо­го де­гра­дація поз­бав­ля­ють рос­ли­ни еко­логічних ос­нов їхньо­го існу­ван­ня. То­му най­важ­ливішою умо­вою збе­ре­жен­ня біос­фе­ри, нор­маль­но­го рос­лин­но­го по­кри­ву і про­дук­тив­ності сільсько­го гос­по­дар­ст­ва є постійна тур­бо­та про охо­ро­ну грун­ту, йо­го струк­ту­ру і вла­с­ти­вості, здійснен­ня си­с­те­ми за­ходів з підви­щен­ня ро­дю­чості.     

Різно­манітність грунтів за ге­не­зи­сом, гра­ну­ло­метрією і зво­ло­жен­ням обу­мов­лює стро­катість зе­мель­них ре­сурсів Ук­раїни за ро­дючістю і вла­с­ти­во­с­тя­ми, у то­му числі біологічни­ми.

Грун­ти — се­ре­до­ви­ще для більшості жи­вих ор­ганізмів на по­верхні суші (по­над 90% ге­не­тич­но­го, ви­до­во­го різно­маніття рос­лин­но­го і тва­рин­но­го світу пе­ре­бу­ва­ють у грунті), де обов’яз­ко­ви­ми і най­ак­тивніши­ми учас­ни­ка­ми про­цесів грун­то­у­тво­рен­ня є рос­ли­ни та мікро­ор­ганізми. То­му фор­му­ван­ня ро­дю­чості грунтів слід роз­гля­да­ти як знач­ною мірою біологічне.

Знач­ним вне­ском у розв’язан­ня про­блем збе­ре­жен­ня ро­дю­чості грунтів і у по­шу­ку до­дат­ко­вих дже­рел оп­тимізації жив­лен­ня сільсько­го­с­по­дарсь­ких куль­тур є за­хо­ди, спря­мо­вані на ви­ко­ри­с­тан­ня при­род­но­го біологічно­го по­тенціалу грун­ту. Уп­равління біологічни­ми про­це­са­ми в аг­ро­це­но­зах мож­ли­ве че­рез інтро­дукцію аг­ро­номічно цінних штамів мікро­ор­ганізмів у ри­зо­сфе­ру рос­лин, що підси­лює ко­рис­ну або по­слаб­лює не­га­тив­ну дію не­ба­жа­них для ре­алізації їхньо­го по­тенціалу явищ. Сьо­годні, на підставі чис­лен­них дослідів, мож­на ствер­д­жу­ва­ти, що симбіози й асоціації мікро­ор­ганізмів з рос­ли­на­ми є ос­но­вою життєдіяль­ності ос­танніх.

Досліджен­ня­ми в га­лузі грун­то­вої мікробіології до­ве­де­но ви­нят­ко­во важ­ли­ве зна­чен­ня ри­зо­сфер­ної мікро­ф­ло­ри у за­без­пе­ченні сільсько­го­с­по­дарсь­ких куль­тур не­обхідни­ми по­жив­ни­ми ре­чо­ви­на­ми. За­без­пе­чен­ня оп­ти­маль­но­го міне­раль­но­го жив­лен­ня сільсько­го­с­по­дарсь­ких рос­лин за­ле­жить не тільки від на­яв­ності по­жив­них ре­чо­вин у грунті, але й від сту­пе­ня їхньої до­ступ­ності. Грун­тові мікро­ор­ганізми при­ко­ре­не­вої зо­ни є трофічни­ми по­се­ред­ни­ка­ми між грун­том і рос­ли­ною. Са­ме мікро­ор­ганізми пе­ре­тво­рю­ють не­до­ступні для сільсько­го­с­по­дарсь­ких куль­тур спо­лу­ки в ру­хомі фор­ми. У зв’яз­ку с цим ви­ни­кає по­тре­ба в за­сто­су­ванні аг­ро­за­ходів, спря­мо­ва­них на збільшен­ня кількості аг­ро­номічно цінних мікро­ор­ганізмів у грунті ри­зо­сфе­ри рос­лин, які спри­я­ють оп­тимізації їхньо­го жив­лен­ня. Од­ним із та­ких прий­омів є пе­ред­посівна іно­ку­ляція насіння сільсько­го­с­по­дарсь­ких куль­тур мікроб­ни­ми пре­па­ра­та­ми.

Мікробні пре­па­ра­ти, які за­сто­со­ву­ють у рос­лин­ництві, умов­но поділя­ють на гру­пи:

  • пре­па­ра­ти для оп­тимізації жив­лен­ня рос­лин (на ос­нові азотфіксу­ю­чих та фо­с­фат­мобілізу­валь­них мікро­ор­ганізмів);
  • рістсти­му­лю­ючі пре­па­ра­ти на основі мікро­ор­ганізмів — про­ду­центів біологічно ак­тив­них ре­чо­вин, фіто­гор­монів (аук­си­ни, гібе­реліни);
  • пре­па­ра­ти для за­хи­с­ту рос­лин від хво­роб та шкідників (фунгіци­ди, інсек­ти­ци­ди та ін.). Ці пре­па­ра­ти підви­щу­ють біологічну ак­тивність грун­ту при­ко­ре­не­вої зо­ни, ак­тивізу­ють мікробні уг­ру­по­ван­ня ри­зо­сфе­ри, підси­лю­ють інтен­сивність ок­ре­мих біологічних про­цесів.

В Ук­раїні провідни­ми роз­роб­ни­ка­ми мікроб­них пре­па­ратів є Інсти­тут сільсько­го­с­по­дарсь­кої мікробіології та аг­ро­про­мис­ло­во­го ви­роб­ництва НА­АН та йо­го Півден­на дослідна станція, Інсти­тут мікробіології і віру­со­логії імені Д.К. За­бо­лот­но­го, Інсти­тут аг­ро­еко­логії і при­ро­до­ко­ри­с­ту­ван­ня НА­АН. Вче­ни­ми цих на­уко­вих ус­та­нов роз­роб­ле­но низ­ку ефек­тив­них мікроб­них пре­па­ратів для по­кра­щен­ня жив­лен­ня різних сільсько­го­с­по­дарсь­ких куль­тур.

Ак­ту­аль­ни­ми для зем­ле­роб­ст­ва є та­кож гумінові пре­па­ра­ти, діючою ре­чо­ви­ною яких є гу­ма­ти натрію, амонію і калію. Гу­ма­ти та­кож ак­тивізу­ють діяльність грун­то­вої мікро­ф­ло­ри, по­си­лю­ють над­хо­д­жен­ня в рос­ли­ни по­жив­них ре­чо­вин, сти­му­лю­ють ріст і роз­ви­ток рос­лин, підви­щу­ють їхню стійкість до низь­ких і ви­со­ких тем­пе­ра­тур, дефіци­ту во­логі, збільшу­ють уро­жай та поліпшу­ють йо­го якість.

Азотний баланс

Пи­тан­ня оп­ти­маль­но­го за­без­пе­чен­ня аг­ро­це­нозів азо­том тісно пов’яза­не з мікробіологічною фіксацією цьо­го еле­мен­та з повітря. Інтен­сифікація про­це­су азотфіксації в аг­ро­це­но­зах стає мож­ли­вою за умови за­сто­су­ван­ня азотфіксу­ю­чих мікро­ор­ганізмів, функціону­ван­ня яких є важ­ли­вим фак­то­ром підви­щен­ня ро­дю­чості грун­ту. Крім то­го, азотфіксація — це єди­ний шлях за­без­пе­чен­ня рос­лин азо­том, який не по­ру­шує еко­логічної рівно­ва­ги в на­вко­лиш­нь­о­му се­ре­до­вищі. Азотфіксу­ючі бак­теріі поділя­ють­ся на симбіотичні, асоціативні і вільно­рослі. Най­ак­тивнішою си­с­те­мою для зв’язу­ван­ня азо­ту з ат­мо­сфе­ри є симбіози бо­бо­вих куль­тур з буль­боч­ко­ви­ми бак­теріями. Од­на й та са­ма ра­са мо­же ма­ти ак­тивні, ма­ло- й не­ак­тивні шта­ми буль­боч­ко­вих бак­терій. То­му, не­зва­жа­ю­чи на поширен­ня буль­боч­ко­вих бак­терій у грунті, штуч­на іно­ку­ляція рос­лин се­лекціоно­ва­ни­ми шта­ма­ми є знач­но ефек­тивнішою, ніж місце­ви­ми (ди­ки­ми). У зв’яз­ку з цим у сільсько­го­с­по­дарсь­ку прак­ти­ку увійшов аг­ро­технічний прий­ом іно­ку­ляції рос­лин.

У грун­тах півдня, цен­т­ру і схо­ду Ук­раїни при­сутні ефек­тивні або­ри­генні по­пу­ляції ри­зобій го­ро­ху, бобів, ви­ки, чи­ни, со­че­виці, про­те не ви­яв­ле­но або­ри­ген­них буль­боч­ко­вих бак­терій сої, ква­солі, ну­ту, лю­пи­ну. У місцях, де раніше ви­ро­щу­ва­ли ці куль­ту­ри, в грунті зустріча­ють­ся ло­кальні інтро­ду­ко­вані по­пу­ляції ри­зобій, але не­ви­со­ка азотфіксу­ю­ча ак­тивність грун­то­вих ри­зобій або не­до­стат­ня кількість їх у зоні про­ро­с­тан­ня насіння бо­бо­вих рос­лин об­ме­жує азотфіксу­ю­чий по­тенціал. У зв’яз­ку з цим обов’яз­ко­вим аг­ро­прий­о­мом у тех­но­логіях ви­ро­щу­ван­ня зер­но­бо­бо­вих куль­тур має бу­ти пе­ред­посівна об­роб­ка насіння біоп­ре­па­ра­та­ми.

В умо­вах Ук­раїни такі пре­па­ра­ти за­без­пе­чу­ють підви­щен­ня про­дук­тив­ності бо­бо­вих куль­тур у се­ред­нь­о­му на 10–30%, а зро­с­тан­ня вмісту про­теїну в рос­ли­нах — на 20–45%. Роз­роб­ля­ють­ся і за­сто­со­ву­ють­ся різні фор­ми пре­па­ратів: торф’яна, вер­ми­кулітна, ге­­­льо­­­ва і рідка.

Не мен­шо­го зна­чен­ня має асоціатив­на азотфіксація, яка є мас­штабнішою у при­роді, ніж симбіотич­на. Азот фіксується асоціатив­ни­ми мікро­ор­ганізма­ми під час їхньої взаємодії з рос­ли­на­ми без ут­во­рен­ня спеціалізо­ва­них ор­ганів (буль­бо­чок). Про­ве­дені ба­га­торічні досліджен­ня за­сто­су­ван­ня діазо­т­рофів під час ви­ро­щу­ван­ня зла­ко­вих куль­тур доз­во­ля­ють ствер­д­жу­ва­ти, що в су­час­них умо­вах за­вдя­ки азотфіксації мож­на одер­жа­ти при­бав­ку вро­жаю на рівні за­сто­су­ван­ня 30 кг/га міне­раль­но­го азо­ту. Інтро­дукція діазо­т­рофів у ри­зо­сфе­ру ози­мої пше­ниці сприяє підви­щен­ню вмісту за­галь­но­го азо­ту в грунті ри­зо­сфе­ри і у фіто­масі. Пре­па­ра­ти на ос­нові діазо­т­рофів спри­я­ють підви­щен­ню вро­жай­ності ози­мої пше­ниці на 0,16–0,43 т/га, вмісту си­ро­го про­теїну в насінні — на 0,2–0,5% та за­галь­но­го йо­го збо­ру — на 2–13%.

Баланс фосфору

Ду­же важ­ли­вим еле­мен­том жив­лен­ня рос­лин є фо­с­фор. За впли­вом на роз­ви­ток рос­лин він посідає дру­ге місце після азо­ту. У грунті фо­с­фор трап­ляється у формі ор­ганічних спо­лук (фіти­ну, гліце­ро­фо­с­фа­ту, нук­леїно­вих кис­лот та ін.), а та­кож у ви­гляді йо­го важ­ко­роз­чин­них не­ор­ганічних спо­лук. Ос­нов­на кількість ор­ганічно­го фо­с­фо­ру грун­ту зо­се­ре­д­же­на у фітині. Вміст фо­с­фо­ру в ор­ганічних спо­лу­ках грун­ту до­ся­гає 25–85 % йо­го за­галь­ної кількості. Від 15 до 75% фо­с­фо­ру грун­ту зна­хо­дить­ся у формі важ­ко­роз­чин­них не­ор­ганічних спо­лук: фо­с­фа­ту кальцію (Са3(РО4)2), заліза, алюмінію, що вхо­дять до скла­ду низ­ки міне­ралів (апа­ти­ту, фто­ра­па­ти­ту, фо­с­фо­ри­ту, вівіаніту то­що). Не­зва­жа­ю­чи на ви­со­кий за­галь­ний вміст фо­с­фо­ру, в грун­тах він зна­хо­дить­ся пе­ре­важ­но у ма­ло­ру­хо­мих важ­ко­до­с­туп­них для рос­лин фор­мах. Мобілізу­ва­ти фо­с­фат із важ­ко­роз­чин­них спо­лук заліза, алюмінію і кальцію, а та­кож із ор­ганічних спо­лук здатні мікро­ор­ганізми ба­га­ть­ох видів. Так, знач­но по­ши­ре­на здатність мікро­скопічних це­лю­ло­зо­руйнівних грибів міне­ралізу­ва­ти ор­ганічні фо­с­фо­ровмісні ре­чо­ви­ни і роз­чи­ня­ти важ­ко­роз­чинні не­ор­ганічні спо­лу­ки. За зни­жен­ням ак­тив­ності цих про­цесів це­лю­ло­зо­руйнівні мікро­ор­ганізми мож­на розмісти­ти в такій послідо­вності: ак­ти­номіце­ти, гри­би, це­лю­ло­зо­руйнівні бак­терії. Це свідчить про їхню важ­ли­ву роль у транс­фор­мації важ­ко­до­с­туп­них для рос­лин ор­ганічних і не­ор­ганічних спо­лук фо­с­фо­ру. 

Пред­став­ни­ки мікро­ор­ганізмів різних еко­ло­го-трофічних груп здатні по­зи­тив­но впли­ва­ти на ріст, роз­ви­ток і вро­жайність рос­лин. Ба­га­то з них сти­му­лю­ють ріст рос­лин, всту­па­ю­чи з ни­ми в симбіотичні чи асоціативні взаємовідно­си­ни або ж функціону­ю­чи у вільно­му стані по­бли­зу ко­ренів чи навіть на їхній по­верхні. Ос­танні по­зи­тив­но впли­ва­ють на роз­ви­ток рос­лин (plant growth-promoting rhizobacteria, PGPR), бе­руть участь у клю­чо­вих про­це­сах аг­ро­це­но­зу.

Важ­ли­вим фак­то­ром впли­ву на рос­ли­ни є виділен­ня мікро­ор­ганізма­ми біологічно ак­тив­них ре­чо­вин: вуг­ле­водів, ор­ганічних кис­лот, аміно­кис­лот, ан­тибіотиків, які пригнічу­ють роз­ви­ток фіто­па­то­генів, а та­кож спо­лук, що слу­гу­ють гор­мо­на­ми рос­ту рос­лин. Знач­ний інте­рес вик­ли­ка­ють фіто­гор­мо­ни ци­токініни. Такі спо­лу­ки про­ду­кує знач­на кількість видів бак­терій. Во­ни ак­ти­ву­ють син­тез PHК і білка, сти­му­лю­ють поділ клітин, пе­ре­ри­ва­ють стан спо­кою бру­­ньок, спри­я­ють га­лу­жен­ню рос­лин, підви­щу­ють їхню стійкість до не­спри­ят­ли­вих фак­торів то­що. Ци­токініни ви­яв­ля­ють помітний за­хис­ний вплив на рос­ли­ни у по­су­ш­ливі періоди ро­ку, у разі дії підви­ще­них і по­ни­же­них тем­пе­ра­тур, за­со­лен­ня грун­ту, інфіку­ван­ня рос­ли­н фіто­па­то­ге­на­ми та за впливу інших фак­торів.

Од­ним із за­галь­но­виз­на­них фіто­гор­монів, які здатні син­те­зу­ва­ти мікро­ор­ганізми, є ети­лен. Він справ­ляє ба­га­то­с­то­ронній вплив на ріст і роз­ви­ток рос­лин: від про­ро­с­тан­ня насіння до фор­му­ван­ня вро­жаю. Ети­лен сти­му­лює дозріван­ня плодів, опа­дан­ня ли­с­тя, пригнічен­ня рос­ту стеб­ла та ко­ре­ня то­що. Мікро­ор­ганізми здатні син­те­зу­ва­ти ети­лен із різних по­пе­ред­ників. Фіто­гор­мо­ни відіграють важ­ли­ву роль у про­цесі взаємодії фіто­па­то­ген­них мікро­ор­ганізмів з рос­ли­на­ми.

На завершення

Мікро­ор­ганізми спри­я­ють роз­вит­ку рос­лин че­рез фіксацію ат­мо­сфер­но­го азо­ту, підви­щен­ня до­ступ­ності фо­с­фатів за­вдя­ки роз­чи­нен­ню важ­ко­роз­чин­них не­ор­ганічних фо­с­фо­ровмісних спо­лук чи міне­ралізації ор­ганічних ре­чо­вин, син­тез фіто­гор­монів (аук­синів, ци­токінінів, гібе­релінів, ети­ле­ну то­що) та інших біологічно ак­тив­них ре­чо­вин. За­вдя­ки цьо­му істот­но зро­с­тає вміст не­замінних і замінних аміно­кис­лот у про­дукції, ак­тивізується син­тез білка в зерні. На якості зер­на по­зна­чається і та­кий по­каз­ник, як ступінь ура­жен­ня хво­ро­ба­ми, який помітно зни­жується за бак­те­ри­зації, оскільки еко­логічну нішу при цьо­му зай­ма­ють ко­рисні мікро­ор­ганізми і три­ва­лий час стри­му­ють роз­ви­ток фіто­па­то­генів.

Ви­ко­ри­с­тан­ня мікроб­них пре­па­ратів на фоні фізіологічно об­грун­то­ва­них доз до­б­рив сприяє знач­но­му зро­с­тан­ню ко­ефіцієнтів за­своєння по­жив­них ре­чо­вин рос­ли­на­ми, еко­номії 30–60 кг/га міне­раль­но­го азо­ту, 30–40 кг/га фо­с­фо­ру та об­ме­жен­ню ви­ми­ван­ня аг­ро­номічно цінних спо­лук із грун­то­во­го профілю за межі ко­ре­невмісно­го ша­ру.

При­ро­дою за­кла­де­но всі ме­ханізми уп­равління най­важ­ливіши­ми грун­то­во-біологічни­ми про­це­са­ми, пе­ребіг яких здійсню­ють мікро­ор­ганізми. Ак­тивізація мікро­ф­ло­ри при­ко­ре­не­вої зо­ни рос­лин, рос­лин­но-мікроб­ної взаємодії є по­туж­ним фак­то­ром підви­щен­ня про­дук­тив­ності аг­ро­це­но­зу, але в сільсько­го­с­по­дарській прак­тиці, на жаль, ви­ко­ри­с­то­вується не­на­леж­ним чи­ном.

То­му не­обхідне ши­ро­ко­мас­штаб­не впро­ва­д­жен­ня аг­ро­тех­но­логій ви­ро­щу­ван­ня рос­лин з ви­ко­ри­с­тан­ням ак­ти­ва­торів мікробіологічних ре­сурсів грун­ту для за­без­пе­чен­ня умов ре­алізації при­род­них про­цесів. На біологічно ак­тив­них грун­тах сільсько­го­с­по­дарські куль­ту­ри за­без­пе­чу­ють­ся ком­плек­сом ти­по­вих для да­но­го бо­танічно­го ви­ду мікро­ор­ганізмів, одер­жу­ють по­вноцінне жив­лен­ня і як наслідок — ре­алізу­ють свій ге­не­тич­ний по­тенціал що­до вро­жай­ності. Еко­номічну доцільність ви­ко­ри­с­тан­ня грун­то­вих мікро­ор­ганізмів підтвер­д­же­но прак­ти­кою сільсько­го­с­по­дарсь­ко­го ви­роб­ництва ба­га­ть­ох країн.

 

О. Мак­люк, О. Най­дь­о­но­ва,

ННЦ «Інсти­тут грун­тоз­нав­ст­ва та аг­рохімії імені О.Н. Со­ко­ловсь­ко­го»

Інтерв'ю
У розвинених країнах агрострахування вже давно застосовується як ефективний інструмент розвитку агробізнесу, в Україні страхування ризиків сільського господарства все ще знаходиться на стадії розвитку
Щороку дистриб’юторам українського аграрного ринку стає дедалі важче працювати. Вони вимушені переглядати своє ставлення до процесу дистриб’юції, трансформуватися із просто продавців матеріально-технічних цінностей (МТЦ) у постачальників... Подробнее

1
0