Мікориза і її вплив на польові культури

Останніми роками українським аграріям пропонують як чергову складову підвищення врожайності мікоризні препарати. Інформація, яку поширюють в Україні про роль мікоризи в житті рослин і її вплив на сільськогосподарські культури, надходить майже винятково від фірм, які продають мікоризні препарати. Тому сайт «Пропозиція» подає інформацію з незалежних джерел — британських наукових журналів.

Мікоризні гриби — одні з найважливіших ґрунтових мікроорганізмів. Вони формують симбіоз з 90% видів рослин, зокрема, арбускулярна мікориза — з 80% видів. Арбускулярна мікориза — це симбіоз між рослинами і грибами з порядку Гломових. Останній поділяється на 5 родин: гломові (з одним родом Glomus), акаулоспорові (роди Acaulospora і  Entrophospora), гігаспорові (роди Gigaspora і  Scutellospora) і недавно описані археоспорові і парагломові. Арбускулярна мікориза проникає в клітини рослин, де, згідно уявлень учених, відбувається обмін: мікоризні гриби отримують від рослини вуглеводні, а рослина від грибів елементи живлення. Її гіфи тягнуться на відстань до 9 см від кореня рослини. А загальна концентрація гіфів у полі може досягати 50 м на 1 г ґрунту.

Всього арбускулярну мікоризу утворюють близько 150 видів грибів. Цей вид симбіозу виник орієнтовно 475 млн років тому і без перебільшення дав змогу рослинам завоювати сушу завдяки визначній ролі в кругообігу поживних елементів, зокрема, фосфору, в ґрунті. Річ у тім, що в разі відсутності мікоризи елементи живлення проникають у рослини через коріння шляхом дифузії, але дифузія фосфору вдесятеро гірша, ніж калію або аміаку і в 100 разів гірша, ніж у нітратів. Окрім фосфору, як пише «Журнал екології» Британського екологічного товариства, арбускулярна мікориза відіграє важливу роль у живленні рослин азотом, міддю і цинком.

Та сільське господарство часто віддає пріоритет урожайності, і найдешевший і найлегший шлях її досягти — це внесення міндобрив. Останні нівелюють роль мікоризних грибів у поглинанні культурою поживних речовин, тож обсяги колонізації цими грибами коріння культурних рослин знижуються.

Але ж мікоризні гриби відіграють особливо велику роль у поглинанні рослиною фосфору. А від 80 до 99% цього елементу важкодоступні для культури. То чому ж не використовувати цих корисних мікроорганізмів, щоб забезпечити культуру фосфором? І навіщо вносити добрива, які осідатимуть у ґрунті мертвим вантажем?

Поки що небагато фермерів дотримуються принципів консервації і мають «живі» ґрунти, які кишать корисною мікробіотою. «Один з них не вносить фосфор уже цілих 15 років, і коли я роздивилася коріння пшениці на його полях, я була приємно здивована тим, що воно було густо заселене симбіотичними мікоризними грибами», — розповідає технічний менеджер американської фірми «Broad-acre Farming Group» Наталія Гулбіс. Вона пояснила, що була здивована через те, що численні зразки з ферм, які працюють за інтенсивними технологіями, не мали жодного сліду колонізації кореневої системи мікоризними грибами.

Однак мікоризі шкодять не тільки міндобрива. Оранка ріже на шматки мережу гіфів мікоризних грибів. Натомість мінімальний обробіток ґрунту сприяє мікоризації. Плужна підошва стримує проникнення мікоризних грибів у нижні шари ґрунту. Монокультура (особливо культур, які не заселяються мікоризою, зокрема, капустяних або нових сортів зернових) знижує різноманітність ґрунтової мікробіоти. Годі вже й говорити про пестициди, особливо фунгіциди. Відтак одного лише заселення ґрунту мікоризними грибами мало — потрібно змінювати технології так, щоб зберегти популяцію заселених у ґрунт грибів. З метою сприяння заселенню шару ґрунту мікоризою радять вводити в сівозміну культури з глибокою кореневою системою, покривні культури.

Хоча концентрація арбускулярної мікоризи зменшується з глибиною, понад половина її біомаси у ґрунті знаходиться на глибині більше 30 см. Вона знайдена на корінні акації та евкаліпта (на плантаціях) на глибині до 8 м. Мікоризу, що знаходиться глибше орного шару ґрунту, часто випускають з виду, але це теж важливий компонент агроценозу. З підорного шару ґрунту рослина бере від 10 до 80% поживних речовин, і цей відсоток зростає, якщо верхній шар ґрунту сухий або бідний на поживні речовини. В цьому деякі науковці вбачають причину того, що інколи дослідження не показують збільшення врожайності після удобрення навіть на бідних ґрунтах. Забезпечення рослинам доступу до поживних речовин, так само, як і вологи, з підорного шару суттєво підвищує стійкість агроценозу і дає змогу рослинам уникнути несприятливих ґрунтово-кліматичних умов, наприклад, посухи. І мікориза відіграє тут особливо важливу роль з огляду на малу кількість коріння культур у підорному шарі і порівняно важку його проникність для коріння. Адже вона має унікальну здатність проникати навіть у найменші пори і проникати через щільний підорний шар ґрунту.

Різні види арбускулярної мікоризи по-різному знижують вимивання азоту. Арбускулярна мікориза стабілізує продуктивність агроценозу шляхом підвищення доступності азоту. Вона засвоює азот переважно в амонійній формі, знижуючи мобільність цього елементу. Частка амонійної форми в загальному обсязі азоту в підорному шарі зростає, що посилює роль арбускулярної мікоризи, яка знаходиться в цьому шарі, в мобілізації азоту з підорного шару для потреб культури. В такий спосіб культура може отримувати доступ до азоту з ґрунтових вод, який потрапив туди внаслідок вимивання з гранул міндобрив. Так само мікориза покращує доступність фосфору для культури, особливо на піщаних ґрунтах. Крім того, вона сприяє зниженню втрат вуглецю з ґрунту і уповільнює розкладення органічної речовини. Хоча арбускулятрна мікориза в короткостроковій перспективі прискорює розкладення органіки, в довгостроковій вона має позитивний ефект на накопичення вуглецю в ґрунті. Внаслідок конкуренції з боку арбускулярної мікоризи за воду і поживні елементи зменшується кількість інших мікроорганізмів, які розкладають елементи живлення і споживають воду.

Загалом наукові джерела відзначають наступні позитивні ефекти мікоризації:

покращення споживання елементів живлення;

зменшення потреби в міндобривах;

підвищення врожайності;

підвищення стійкості до шкідливих організмів;

підвищення стійкості до посухи, засолення;

зниження шкідливої дії важких металів;

покращення структури і водоутримуючої здатності ґрунту і завдяки цьому — зниження ерозії;

знижує інтенсивність вимивання елементів живлення з ґрунту;

підвищує конкурентоздатність мікоризованої культури по відношенню до бур’янів.

Так, стійкість до шкідників і патогенів у культури арбускулярна мікориза покращує шляхом стимулювання глибинних змін у метаболізмі рослин. Вона змушує рослини виділяти рослинні гормони жасмонати та саліцилову кислоту, які є ключовими компонентами захисної системи рослин, активуючи захисні гени швидше, ніж це відбувається у не мікоризованих рослин.

Більше того, арбускулярна мікориза бере участь у ще цікавіших взаємодіях. Так, за її допомогою рослини, уражені попелицями, можуть зв’язуватися з не ураженими, викликаючи у останніх швидкий приплив репелентних речовин.

Вона сприяє і транспортуванню алелопатичної речовини юглон, котра придушує розвиток рослин-конкурентів: остання розповсюджується по більшому об’єму ґрунту порівняно з не мікоризованою культурою. Мікоризована культура формує більші квітки, які продукують більше пилку.

На поверхні живих гіфів мікоризних грибів був знайдений гломалін, що виступає цементуючим елементом для частинок ґрунту, і в такий спосіб мікориза покращує його структурність.

Також арбускулярна мікориза протидіє розкладу органічної речовини поруч з мінімальним обробітком ґрунту і економним внесенням міндобрив. Науковці Вільного Університету Берліна та Берлінсько-Бранденбурзького Інституту біорізноманіття відзначають, що інтенсивна оранка — це головний фактор зниження концентрації арбускулярної мікоризи.

Ефект від мікоризації сильно залежить від місцевих умов, зокрема, як пише британський «Журнал екології», від доступності елементів живлення і концентрації вуглекислого газу в атмосфері. Також рослини, яким мікориза забезпечила покращене живлення, можуть виступати принадою для шкідників. Крім того, заселення мікоризи, нехарактерної для даної місцевості, може мати такий самий вплив на екосистему, як і заселення інвазивних видів. Різний ефект від мікоризації знижує довіру до цієї технології з боку фермерів.

Найкраще відгукуються на мікоризацію рослини родин цибулевих, бобових і пасльонових. Натомість вважається, що злакові не відгукуються на мікоризацію. Це пояснюється тим, що розгалужена коренева система злакових забезпечує достатнє надходження поживних елементів. Але естонські вчені досліджували ефект мікоризації ярої пшениці і виявили, що найкраще на неї відгукуються старі сорти, а найгірше — нові. При цьому чим старіший сорт, тим нижчий потенціал урожайності, і навпаки. Встановлено, що для сортів, виведених до 1950 року, характерний стійкий зв’язок між мікоризацією і врожайністю. А от сорти, виведені після 1950 року, реагують на мікоризацію по-різному.

Вченими Тартуського університету і Естонського дослідного інституту рослинництва встановлено, що зі зменшенням популяції арбускулярної мікоризи знижується і врожайність. Більше того, введення спеціальних маркерів — радіоактивних ізотопів фосфору — показало, що аборигенні арбускулярні мікоризні гриби вносять суттєвий вклад у живлення пшениці фосфором. А мікоризація цими грибами призвела до підвищення врожайності пшениці, збільшення вмісту азоту й фосфору в тканинах рослини та збільшення надземної маси культури.

Переклав Богдан Малиновський, b.malinovskiy@univest-media.com