Глава 15. Эко-продукция растениеводства на основе симбмоза пробиотических культур для растений и биоэлементов

Земля (почва) состоит из тех же химических элементов, что и вся природа. Установлено, что в состав почвы и растений входит порядка 70 элементов. Почва – среда, в которой рождается жизнь. Согласно учению великих русских почвоведов В.В. Докучаева, В. И Вернадского, их многих последователей причину этого уникального свойства почвы следует искать в природе неразрывного единства ее минеральной и живой (биоорганической) составляющих. Соединения десяти главных элементов, являются необходимыми для питания растений. Это следующие элементы: кислород, водород, углерод, азот, калий, железо, сера, фосфор, магний и кальций. Позже показана важность биоэлементов: бора, марганца, меди, цинка, молибдена, кобальта и др.  [1, 2]. Биоэлементы, которые для растений считают условно эссенциальными, с развитием биоэлементологии растений могут получить статус эссенциальных.

Культура земледелия в том числе «мода» на использование тех или иных удобрений, меняет состав почвы. В частности, в ней уменьшается содержание важных биоэлементов. Например, с начала ХХ века содержание кальция в почве, по некоторым данным, уменьшилось на 48%, магния – на 83%. В связи с этим актуально рассмотреть вопросы землепользования, связанные с восстановлением экосистемы, включающей все биоэлементы. Разработка экологических методов поддержания баланса биоэлементов в почве актуальна, что связано с высокой антропогенной химической нагрузкой на природу, отрицательно сказывающейся на микробиоценозе почв.

Содержание и формы соединений биоэлементов в почве отражают характер почвообразовательного процесса и служат диагностическим показателем окультуренности и плодородия почв.

Использование высоких доз удобрений, в том числе калийных, оказывает вредное воздействие на окружающую среду, Чрезмерное использование химических удобрений может стать причиной окисления почвы (из-за снижения доли органики), к истощению собственных запасов основных питательных веществ в земле. В результате плоды, выращенные на этих почвах, имеют меньшее содержание витаминов и минералов, а человек с сельскохозяйственной продукцией получает вредные для организма химические соединения, в т.ч. канцерогены [3,4]. При выращивании эко-продукции разработка применяют биотехнологических методы оптимизации роста сельскохозяйственных растений, в том числе внедрение высокопродуктивных штаммов микроорганизмов, использование которых является экологически безопасным [5-7].

Обменный калий – самый доступный для растения калий, который растение может потреблять сразу. Данная фракция калия находится на поверхности частичек глины и органических веществ в почве. Он находится в равновесии с почвенным раствором и легко высвобождается, когда растения поглощают калий из почвенного раствора.

Однако почвенный калий в форме калий-алюмосиликатов, составляющий 98–99% от его валового содержания, трудно доступен для питания растений, но его доступность может быть существенно повышена за счет микробной мобилизации. Это  альтернативный коренной источник калия для поддержания уровня калия в почвах и устойчивого производства сельскохозяйственных культур [4].

Известно, что некоторые полезные почвенные микроорганизмы, такие как широкий спектр сапрофитных бактерий, штаммов микромицетов и актиномицетов, могут растворять нерастворимый почвенный калий различными механизмами. Некоторые из этих механизмов включают выделение неорганических и органических кислот, ацидолиз, полисахариды, комплексолиз, хелатирование, полисахариды и обменные реакции [3].

Таким образом, выделение изучение эффективных бактериальных штаммов, способных растворять калий-алюмосиликаты, мобилизовать почвенные труднодоступные фосфаты помогут сохранить почвенные ресурсы и избежать неблагоприятного воздействия на окружающую среду, вызванных интенсивным применением калийных и фосфорных минеральных удобрений. Почвенные бактерии образуют три основных класса (А. Н. Красильников): Actinomycetae, Eubacteriae и Myxobacteriae, которые включают в себя различные по форме и функциям микроорганизмы.

По данным Института микробиологии Академии наук Республики Узбекистан при селекции почвенных микроорганизмов, обладающих одновременно калий растворяющими и фосформобилизующими свойствами, из 9 выделенных бактериальных культур были отобраны 3 штамма с хорошими силикатируемыми признаками [6]. Аналогичные опыты проводились исследователями в Забайкалье [7], Германии, США и др. В Северо-Западном регионе почвы слабо обеспеченны подвижным калием - до 30-34 % [8].

Таким образом, альтернативный химизации коренной источник калия для поддерживания уровня обменного калия в почвах и устойчивого производства сельскохозяйственных культур найден, и он представляет собой создание условий для поддержания микробного биоценоза почвы [9].

Почвенные микроорганизмы способны к фиксации молекулярного атмосферного азота. Процесс восстановления молекулы азота и включения её в состав своей биомассы почвенными микроорганизмами - важнейший источник азота в биологическом круговороте.

Реакция, катализируемая ферментом нитрогеназой, выглядит следующим образом:

N₂ + 8H⁺ + 8e− + 16АТФ → 2NH₃ + H₂ + 16АДФ

На долю азота в атмосферном воздухе приходится 78,09%. Над гектаром суши или водной поверхности Земли содержится около 80 тыс. т азота, который недоступен большинству высших растений.

Атомы азота в молекуле N₂ соединены очень прочной тройной связью N≡N, поэтому разрыв этой связи сопряжен с большими затратами энергии. В промышленности этот процесс с образованием аммиака происходит при высоких температурах и давлении.