A.M. Елисеев,
кандидат сельскохозяйственных наук
Классификация почв, основанная на их микробиологических свойствах. Часть 1
В большинстве случаев почвы классифицируются по их химическим и физическим свойствам - кислотности, содержанию солей, плотности, структуре, теплоемкости и т. д. Хорошие почвы обычно характеризуются повышенной водопроницаемостью, аэрацией, высоким содержанием органических веществ, оптимальной плотностью в корнеобитаемом слое, эрозионной устойчивостью. Эти характеристики являются основными индикаторами потенциального плодородия почвы, но далеко не исчерпывающими. Исключительно важной для почвенных процессов является жизнедеятельность населяющих ее микроорганизмов. Параметры этих процессов и определяемые ими свойства почвы относятся уже к микробиологическим характеристикам почв.
При классификации почв по их микробиологическим особенностям возникают специфические проблемы: эти свойства гораздо труднее определить и измерить, чем химические и физические. Здесь необходимо пользоваться достоверными и предсказуемыми показателями качества почвы, включающими индикаторы, которые фиксируют изменения биологических процессов. Логично, что эти индикаторы должны учитывать все разнообразие видов полезных почвенных микроорганизмов аналогично тому, как в характеристиках окружающей среды учитывается разнообразие животного мира.
Сегодня благодаря успехам микробиологии воздействие на биологические процессы в почвах дают возможность сельхозпроизводителям непосредствен но влиять на плодородие почв, количество и качество урожая. Для этого в почву вносят определенные культуры микроорганизмов, которые выполняют роль регулятора микробиологических процессов. Применение полезных для почв микроорганизмов способствует формированию структуры этих почв и естественного биологического равновесия. Такие микроорганизмы используются в сельском хозяйстве для уничтожения вредных насекомых и предотвращения болезней растений, повышения качества и количества урожая, повышения плодородия почв. В основе всех этих технологий лежат природные принципы кругооборота веществ, что в максимальной степени соответствует требованиям экологической безопасности.
.... современные биотехнологии позволяют выращивать в «пробирке» огромные массы микроорганизмов. Поэтому нет ничего невозможного в том, чтобы искусственно выращивать комплексы почвенных бактерий и вносить в почву именно их, а не удобрения. |
Действительно, современные биотехнологии позволяют выращивать в «пробирке» огромные массы микроорганизмов. Поэтому нет ничего невозможного в том, чтобы искусственно выращивать комплексы почвенных бактерий и вносить в почву именно их, а не удобрения. Кстати, по такой же схеме лечатся нарушения равновесия микрофлоры человека.
Следует отметить, что для эффективного применения полезных микроорганизмов при внесении их в почву необходимо обеспечить некоторое начальное минимальное их количество (затравку). При этом будет гарантироваться, что количество биологически активных веществ, произведенных микроорганизмами, окажется достаточным для желательных воздействий на урожай.
Наиболее полная и последовательная концепция использования полезных для почвы микроорганизмов предложена доктором Теруо Хига, профессором садоводства университета Риукиус, Окинава, Япония (1991, 1994, 1995). Хига определяет полезные микроорганизмы как «эффективные микроорганизмы» (ЭМ). Это новый взгляд на роль и применение полезных микроорганизмов, где они могут служить микробным регулятором для сдвига естественного микробиологического равновесия в почве в сторону улучшения ее состояния и плодородия, ускорения роста растений, их устойчивости против вредителей, обеспечения экологической безопасности.
На основании своей концепции доктор Теруо Хига разработал микробную затравку - эффективные микроорганизмы и технологию ее применения для разных культур растений и видов почв, которая привлекла внимание специалистов во всем мире.
Следует подчеркнуть, что необходимо позаботиться о том, чтобы ЭМ успешно адаптировались в почве. Трудно ожидать должного эффекта от них в бедных песчаных либо глинистых почвах, так как почти полное отсутствие питательной среды негативно сказывается на активности микроорганизмов, никак не влияя на структуру подобных почв. Но даже небольшое добавление органики для продуктивной активности микроорганизмов группы ЭМ неизбежно ведет к полезному изменению структуры бедных почв - непрерывное воспроизводство микроорганизмов в процессе переработки органики способствует непрерывному и устойчивому формированию гумуса, так нужного для роста растений.
Едва ли где-нибудь существует более сильное предубеждение против ученых сельских хозяев, чем у нас в России. На каждом шагу вы услышите рассказы о том, что управляющий немец или ученый агроном испортил землю, удобряя ее известкою или каким-то особым наземом. Подобные упреки отчасти справедливы, но неудачи зависят не от ложности положений химии, а от недостаточного знакомства с нею подобных агрономов.
|
Отсюда ясно, что от состояния почвы зависит эффективность внесения в нее микроорганизмов, при этом свойства почв определяют, какие виды из ЭМ будут наиболее успешно развиваться с максимальным эффектом, а какие не смогут оказать существенного положительного воздействия. Разумеется, собственная микрофлора почвы взаимодействует с ЭМ и ее роль может быть очень важной для достижения конечного эффекта.
Поэтому рассмотрим далее характеристики почв с точки зрения состава и количества микроорганизмов, их населяющих. Конечной целью анализа будет возможность и пути достижения наибольшего плодородия почв.
При всей сложности происходящих в почве процессов с участием микроорганизмов и многообразии их функций выделим основные из этих функций, определяющие свойства почв.
Функции микроорганизмов. Почвенные микроорганизмы могут быть классифицированы как разлагающие и синтезирующие. Разлагающие подразделяются на группы, которые осуществляют окислительное и ферментирующее разложение. Ферментирующая группа далее разделяется на полезную ферментацию (просто ферментацию) и вредную ферментацию (называемую гниением). Синтезирующие микроорганизмы могут подразделяться на группы, способные регулировать содержание атмосферного азота в аминокислотах и (или) углекислого газа в простых органических молекулах в реакции фотосинтеза.
Ферментация - анаэробный процесс, в котором соответствующие группы микроорганизмов (например, дрожжи) преобразовывают комплексные органические молекулы в простые органические соединения, которые могут быть легко усвоены растениями. При ферментации производится относительно малое количество энергии по сравнению с аэробным разложением того же самого субстрата той же самой группой микроорганизмов.
Аэробное разложение приводит к полному окислению субстрата и образованию больших количеств энергии, углекислого газа и воды как конечных продуктов.
Гниение - процесс, в котором соответствующие группы микроорганизмов анаэробным путем разлагают белки, производя не полностью окислившиеся продукты (например, аммиак) с резким неприятным запахом, которые негативно влияют на растения и животных.
Термин «синтез», используемый здесь, относится к способности некоторых микроорганизмов высвобождать энергию, «регулируя» количество атмосферного азота и (или) углекислого газа. В этом контексте обращаем Ваше внимание на них как на «синтезирующие» микроорганизмы, и если бы они стали преобладающей частью почвенной микрофлоры, тогда почва была бы названа «синтезирующей» почвой.
Связь между гниением, ферментацией и синтезом. Процессы гниения, ферментации и синтеза происходят одновременно, согласно типам и численностям микроорганизмов, которые присутствуют в почве. Но наиболее значительное влияние на характеристики почвы и производное от них - плодородие почвы оказывает процесс, являющийся для данных условий доминирующим. Образование органических веществ микроорганизмами обусловлено возникновением положительных ионов, в то время как разложение связано с их восстановлением.
Проблема появляется тогда, когда водородные ионы не до конца окисляются кислородом, чтобы образовать воду, но производят метан, сероводород, аммиак, меркаптан и другие продукты гниения, большинство из которых ядовиты. Если почва способна поглотить избыток водородных ионов в течение периодов анаэробиоза и если синтезирующие микроорганизмы типа фотосинтетических бактерий присутствуют там, то они используют эти гнилостные вещества и производят из них полезные субстраты, которые помогают сохранить почву здоровой и плодородной.
Фотосинтезирующие бактерии, осуществляющие неполный фотосинтез анаэробным путем, являются наиболее полезными почвенными микроорганизмами из-за их способности устранить в почве влияние ядовитых веществ, уменьшая количество гнилостных составляющих типа сероводорода в полезных субстратах. Это помогает эффективно использовать органические вещества и улучшать плодородие почв. Фотосинтез включает в себя фото-катализируемое разложение воды, в результате которого как побочный продукт образуется молекулярный кислород. Таким образом, эти микроорганизмы являются источником кислорода в корнях растений.
Недоокисленные соединения типа метана и сероводорода часто образуются, когда органические материалы разлагаются при анаэробных условиях. Эти составы ядовиты и могут в значительной степени подавлять действие азот-фиксирующих микроорганизмов. Однако, если синтезирующие микроорганизмы типа фотосинтезирующих бактерий, которые используют недоокисленные вещества, присутствуют в почве, недостатка кислорода не будет. Таким обрезом, азотфиксирующие микроорганизмы, сосуществующие в почве с фотосинтезирующими бактериями, могут эффективно регулировать количество атмосферного азота даже в анаэробных условиях.
Фотосинтезирующие бактерии не только осуществляют процесс фотосинтеза, но могут также регулировать содержание азота. Когда они сосуществуют с азот-фиксирующими микроорганизмами, синтезирующая способность почвы возрастает.
(продолжение в следующем номере)