5. Принципы управления биологической азотфиксацией
На мой взгляд, для управления биологической азотфиксацией и повышения продуктивности растений, можно предложить:
Биологическая фиксация азота атмосферы посредством ферментного комплекса (нитрогеназы) симбиотических и различных сообществ несимбиотических азотфиксаторов играет ведущую роль в образовании азотного фонда и органического вещества почвы, создавая тем самым биологическую основу ее плодородия.
Из всех видов биологической фиксации азота атмосферы наибольшее значение для плодородия и экологии почв, рационального использования минеральных и органических удобрений на планируемую урожайность принадлежит симбиотической N2-фиксации, осуществляемой бобовыми, особенно многолетними травами, способными синтезировать в почве 10-20 т/га органического вещества и 150-200 кг/га и больше легкодоступного азота.
Под влиянием культуры бобовых, сопутствующих несимбиотических гетеротрофных, диазотрофных и других микроорганизмов мобилизуются малодоступные соединения биогенных элементов почвы, повышается подвижность остаточных РК-удобрений. Поэтому увеличенные дозы минеральных NРК-удобрений (по 120 кг/га и более), вносимые под зерновые после средних и хороших урожаев бобовых предшественников следует рассматривать как необоснованные и экологически опасные. Стремление к рекордным урожаям зерновых за счет повышенных и высоких доз минеральных и органических удобрений следует рассматривать как попытку с негодными средствами.
Представление о значении бобовых, особенно многолетних трав для плодородия почвы на основе учета пожнивных и корневых остатков в слое почвы 0-20-40 см не отражает реальный вклад бобовых в плодородие почвы и урожайность растений, следующих после бобовых предшественников. Необходимо введение поправочных коэффициентов на полноту учета всей органической массы бобовых, поступающей в почву. Для многолетних трав, согласно исследованиям, установлен коэффициент 2, для зернобобовых – 1,4; однолетних бобово-злаковых трав – 1,3. Они предложены в качестве ориентировочных и введены в формулу расчета поступления в почву органического вещества и симбиотического азота указанных бобовых культур. Поправочные коэффициенты следует корректировать для определенных почвенно-климатических и агрохимических условий возделывания бобовых культур с учетом получаемых прибавок урожайности культур растущих после бобовых.
6. Пути повышения эффективности биологической азотфиксации
При возделывании сельскохозяйственных культур большое влияние на активность несимбиотической фиксации азота оказывают агрономические мероприятия, направленные на повышение урожайности растений, - использование удобрений, гербицидов, мелиорантов. Благоприятные условия культивирования растений, создающиеся вследствие применения этих мероприятий, положительно сказываются на росте и развитии растительного организма, что обуславливает усиление экзоосмоса корневых выделений, которые служат источником энергии и питания для азотфиксаторов. В результате в почве, как правило, увеличивается их общее количество, повышается интенсивность биологической азотфиксации. Так, в ряде научно-исследовательских учреждений установлено, что под влиянием внесения минеральных удобрений усиливается размножение несимбиотических азотонакопителей, а также наблюдается повышение их азотфиксирующей активности.
а) Агротехнические мероприятия
Для повышения продуктивности несимбиотической азотфиксации важным является внесение органических удобрений, в частности соломы. Запахивание 1т соломы может обеспечить дополнительное поступление в почву 4-5 кг азота. Обогащение почвы азотом при выращивании бобовых культур позволяет в 1,5-2 раза снизить дозу внесения азотных удобрений под последующие культуры. Бобовые предшественники даже без применения азотных удобрений обеспечивают получение среднего урожая озимой пшеницы 30 ц/га.
б) Применение бактериальных препаратов в земледелии
Важным приемом, способствующим повышению урожая бобовых культур, а также увеличению размеров симбиотической азотфиксации, является предпосевная обработка семян клубеньковыми бактериями – нитрагинизация. Под влиянием нитрагинизаци продуктивность бобовых культур повышается на 5-20%, в зерне и вегетативной массе возрастает содержание протеина, увеличивается его выход с единицы площади. Разработано большое количество различных форм препаратов – агаровая, жидкая, почвенная, сухая, торфяная, гранулированная. Доминирующей формой является торфяная, получившая коммерческое название «ризоторфин» на нестерильном и гамма-стерилизованном торфе.
Под влиянием нитрагинизации продуктивность бобовых культур повышается на 5-20%, в зерне и вегетативной массе возрастает содержание протеина, увеличивается его выход с единицы площади. Эффективность нитрагинизации бобовых во многом зависит от подбора штаммов клубеньковых бактерий, используемых для приготовления нитрагина. Штаммы должны обладать достаточной продуктивностью азотфиксации, вирулентностью и конкурентоспособностью. Перспективным направлением в селекционной работе является также выделение штаммов, которые сохраняют высокую активность нитрогеназы при повышенном содержании в почве минерального азота, образуют клубеньки на корнях бобовых растений в самые ранние фазы их развития, экономно расходуют энергетический материал, поставляемый растением-хозяином, и устойчивы к пестицидам, применяемым на посевах бобовых культур.
7. Роль биологического и технического азота в земледелии России и других стран
В настоящее время имеющийся дефицит азота в большинстве почв страны покрывается внесением минеральных азотных удобрений, органических удобрений и биологической фиксацией молекулярного азота микроорганизмами, находящимися как в симбиозе с высшими растениями, так и свободно живущими в почве. «Биологический азот», поставляемый микроорганизмами, повышает продуктивность почв. Несмотря на значительное расширение объема применения азотных удобрений, перспективы широкого использования биологического азота в сельском хозяйстве велики. Широкое использование биологического азота в земледелии обеспечивает снижение энергозатрат, экономию материальных ресурсов, уменьшает загрязнение окружающей среды продуктами деградации азотных удобрений. Кроме того, возделывание бобовых (и в первую очередь многолетних трав) способствует оптимизации микробиологической обстановки в почве, улучшению целого ряда ее физико-химических свойств, в результате чего существенно повышается почвенное плодородие.
Однако, использование «технического азота» - азота минеральных удобрений – является одним из наиболее эффективных путей покрытия азотного дефицита почв. В связи с этим темпы развития мирового производства минеральных удобрений, и особенно азотных, непрерывно растут. За последние 50 лет производство азотных удобрений на земном шаре увеличились в 29 раз. Уровень применения минеральных удобрений в различных странах неодинаков. Естественно, что урожайность сельскохозяйственных культур в отдельных странах стоит в определенной зависимости от количества минеральных удобрений. Так, в среднем на 1га обрабатываемых земель ежегодно используется следующее количество минерального азота (в кг): в Японии – 112, в Голландии – 128, в Германии – 54, в Великобритании – 39,3, в США – 14,6. Средняя доза азотных удобрений в России на 1га пахотной площади приближается к 11 кг (в расчете на азот). Следует отметить, что минеральные удобрения, и особенно азотные, вносятся обычно не равномерно на всю используемую в сельском хозяйстве площадь. Так, в России технические культуры (хлопчатник, чай, сахарная свекла, цитрусовые и т.д.) практически полностью удовлетворяются необходимыми им основными элементами (N, P, K) питание в форме минеральных удобрений. Зерновые же культуры получают их не везде и не в полной мере. Например, в 1965 г. по РСФСР только 15% зерновых посевов получили в той или иной форме минеральные удобрения. Приведенные дозы азотных удобрений интересно сопоставить с валовым выносом азота урожаем. В среднем можно считать, что с урожаем зерна в 10 ц/га уносится с поля (с зерном и соломой) около 30 кг азота. Коэффициент использования азотных удобрений в лучшем случае равен примерно 75%. Таким образом, для обеспечения каждых 10 ц зерна на 1 га следует давать около 37,5 кг азота в виде удобрений. Для получения урожая в 30 ц/га нужно на 1 га пашни иметь около 112 кг азота. Неполнота использования минеральных азотных удобрений растениями зависит от ряда причин. Эти причины для разных форм азота различны. Аммонийный азот из удобрений частично фиксируется необменноглинистыми минералами почвы. Запас прочно связанного аммонийного азота в почве довольно велик. Его содержание в пахотном слое различных почв колеблется от 134 до 344 кг/га. В наибольшей степени аммоний фиксируется илистой фракцией почвы. Доступность связанного аммонийного азота растениям крайне низка. Она примерно а пять раз ниже усвояемости обменно-поглощенных почвами ионов аммония. Нитратный азот даже при оптимальном воздушно-водном режиме почв частично теряется в результате процесса денитрификации. Это не удивительно, так как в почве, особенно на поверхности корней и в зоне корневой системы растений, содержится много денитрифицирующих бактерий из рода Pseudonomas. Количество теряемого азота, вследствие процесса денитрификации, зависит от доз вносимого нитратного азота, типа почвы и других условий. В некоторых случаях эти потери достигают 10-35% внесенного азота. Частично потери азотных минеральных соединений обусловливаются вымыванием из пахотного слоя почвы. Особенно это присуще увлажненным районам с почвами легкого механического состава.