Непаразитні гетеротрофні організми, їх вплив на формування родючості ґрунту і агротехнології

Сучасний етап інтенсифікації сільськогосподарського ви­робництва передбачає впровадження високої культури зем­леробства, що пов'язано з широким застосуванням добрив, пестицидів, полімерів, прогресивних сівозмін і способів об­робітку ґрунту, меліорацією земель тощо. Такі дії на ґрунт призводять до змін екологічної обстановки, а це, в свою чер­гу, позначається на структурі мікробної спільноти, його біо­логічній активності. Вивчення цих питань має стати одним із основних завдань сучасної ґрунтової мікробіології. Розв'язання їх послужить теоретичною та практичною осно­вою для підвищення родючості ґрунтів, наукового обґрунту­вання сучасних систем землеробства і комплексної хімізації сільського господарства. Крім того, такі дослідження дадуть змогу відповісти на питання про майбутнє впровадження цих заходів і збереження довкілля.

До основних напрямів дослідження, за даними В.П. Пати­ки (1996), слід віднести:

- Вивчення ролі мікроорганізмів у культурному ґрунто-утворюючому процесі і впливу різних прийомів окультурен­ня ґрунтів на склад та біохімічну активність мікрофлори.

- Збереження стабільного рівня вмісту органічних речо­вин у ґрунті, де основна роль у їхньому розкладанні та утво­ренні складніших органічних речовин, у тому числі гумусу, належить мікроорганізмам.

- Біологічне переведення азоту повітря в органічні азо­товмісні сполуки, яке здійснюється за участю бобових і зла­кових рослин, специфічних бактерій (що живуть у ґрунті) або ціанофітів.

- Біологічне перетворення фосфору.

- Біологічна боротьба з хворобами, шкідниками й бур'я­нами з використанням правильного чергування культур у сі­возміні, вибором видів і сортів, пристосованих до конкрет­них умов, і методів активізації природних ворогів шкідни­ків.

- Вивчення мікробіологічних процесів трансформації пестицидів.

Ґрунт містить велику кількість різних мікроорганізмів, тобто характеризується високим генофоном. Але реалізація корисних властивостей мікрофлори для підвищення продук­тивності рослин відбувається не завжди. Рівень врожайності сільськогосподарських рослин визначається значною мірою функцією мікробної спільноти ґрунту, а її функція, у свою чергу, залежить від структури.

Для того щоб розв'язати питання - прогресивна чи регре­сивна дія на мікробну спільноту ґрунту, потрібно визначити, як зміна його структури позначилася на ефективності фун­кцій. Якщо у результаті зміни структури (спрощення чи ускладнення), наприклад при застосуванні певних добрив або підвищенні ступеня насиченості сівозміни однорідними культурами, вона виявилася більш пристосованою для вико­нання головної функції - підвищення врожайності сільсько­господарських культур, то розглянуту зміну слід оцінювати як прогресивну, і навпаки.

Кінцевий результат діяльності ґрунтових мікроорганізмів складається з багатьох процесів, часто дуже специфічних, кожний з яких пов'язаний з активністю популяції окремого виду.

Переважна більшість процесів у ґрунті є мікропроцесами і характеризується незначними вимірами. Дуже малі розміри мікроорганізмів і величезна їхня кількість робить неможли­вим дослідження функцій окремих видів у спільноті. Вихо­дячи з цього, при оцінці функції мікробної спільноти у ґрун­ті, слід брати за основу сумарне виявлення цього показника, скажімо, дані про біологічну активність ґрунту, але у кінце­вому результаті ним має бути рівень урожайності.

Структуру і функції мікробного угрупування ґрунту при оцінці прийомів його окультурення слід вивчати паралельно. Співвідношення структури і функції на всіх рівнях ґрунтово-мікробіологічних досліджень має вважатися центральною проблемою. На цьому наголошував у свій час Е. М. Мішустін, вважаючи, що функції мікробів багатогранні і нерідко умови середовища визначають певну їхню спрямованість, тому ціл­ком очевидно, що один мікробіологічний аналіз ґрунту, на­скільки б повним він не був, не може всебічно охарактеризу­вати стан ґрунту. Потрібно одночасно використовувати ком­плекси хімічних і біохімічних показників і лише за їхньою сукупністю можна робити належні висновки.

Більшість досліджень мікроорганізмів у ґрунті спрямову­валися на збирання інформації про групи присутніх мікроорганізмів і природу хімічних перетворень, викликаних ними. Але, як відомо, багато ґрунтових мікроорганізмів утворюють латентні структури, які, що неодноразово підтверджено да­ними, звичайно трапляються в ґрунті і часто можуть за кіль­кістю переважати активні клітини. Тому потрібно звертати увагу на важливість латентної природи багатьох представни­ків мікрофлори, на зв'язок даного факту з наявністю енергії, необхідної для росту, можливістю існування несприятливих навколишніх умов та іншими причинами. Слід намагатися визначити, яка і скільки мікрофлори у ґрунті перебуває у ве­гетативному стані, відрізняти живі й відмерлі клітини і ви­мірювати метаболічну активність мікробних популяцій.

Хотілося б окремо звернути увагу на аналіз процесів, що відбуваються при різних видах обробітку ґрунту. Адже за­стосуванням різних обробітків можна регулювати мікробіо­логічні процеси ґрунту і сприяти підвищенню врожайності. Передусім, слід було б звернути увагу на пошук можливостей активізації діяльності мікроорганізмів, регулювання біоло­гічної активності ґрунту різних генетичних горизонтів. Так, дуже багатий на перегній підорний шар чорнозему має зни­жену активність. Активізація діяльності мікроорганізмів могла б у даному випадку сприяти підвищенню ефективної родючості ґрунтів.

У агротехнологіях поряд з іншими важливими проблема­ми все більшого значення набуватимуть біологічні обмежен­ня, пов'язані з біологічними особливостями культур, зі змі­ною складу мікробоценозу ґрунту у бік, несприятливий для розвитку вирощуваних рослин, а також із збільшенням кіль­кості шкідників і збудників хвороб рослин. Поки що значен­ня таких біологічних проблем родючості ґрунтів для майбут­нього землеробства майже не враховується. Отже, виникає потреба досліджень з цих проблем, спрямованих на вивчення факторів, лімітуючих родючість ґрунтів за сучасних систем землеробства, і розробку шляхів їх усунення.

Серед заходів, спрямованих на одержання високих і ста­лих урожаїв сільськогосподарських культур, передусім слід звертати увагу на запровадження та правильне освоєння сі­возмін.

Сівозміна має багатогранний вплив на складні біохімічні процеси, що відбуваються у ґрунті, і на відношення культур­них рослин до умов навколишнього середовища, передусім до ґрунту та його мікрофлори. Без глибокого і всебічного ви­вчення цих питань не можна правильно, на науковій основі, побудувати сівозміну.

Особливо важливим це питання стає тепер - у зв'язку з ін­тенсифікацією сільськогосподарського виробництва, впро­вадженням високої культури землеробства, зміною форм власності. Все частіше виникає потреба перегляду існуючих сівозмін з метою насичення їх вигідними для господарств культурами, а це потребує перегляду теоретичних підходів при побудові сівозмін і обґрунтування чергування у них культур.

Відомо, що завдяки діяльності ґрунтових мікроорганізмів у ґрунті нагромаджуються елементи живлення і не лише азот, а й значною мірою фосфор та калій у доступній формі, які вивільняються з материнської породи.

Отже, роль мікроорганізмів у природній родючості ґрунтів дуже важлива. Еволюція закріпила за мікроорганізмами найважливішу ланку кругообігу речовин у біосфері, розкла­дання і мінералізації величезної маси органічної речовини, яка безперервно надходить у ґрунт та водойми, і синтез азот­них сполук з азоту повітря.

Тепер ситуація докорінно змінилася. Описані вище при­родні процеси, які відбуваються в ґрунті, уже не зможуть за­безпечити необхідні, відповідно із швидким зростанням чи­сельності населення, високі врожаї сільськогосподарських культур. На зміну природній родючості ґрунтів прийшла штучна, створена людиною. Виробляючи і застосовуючи у широких і всезростаючих масштабах штучні добрива, люди­на взяла на себе важливу функцію ґрунтових мікроорганіз­мів - забезпечення рослин елементами мінерального живлен­ня. Масове застосування мінеральних добрив - це новий, раніше невідомий еволюції фактор. І настільки ж новим факто­ром є винос величезної кількості азоту, фосфору, калію та ін­ших елементів з швидко зростаючими врожаями. Такі вино­си не можуть бути компенсовані лише за рахунок корисної дії мікроорганізмів, без застосування мінеральних добрив.

Основним завданням ґрунтових мікробіологів до недав­нього часу було вивчення ролі мікроорганізмів у кореневому живленні рослин. За умов природної родючості ґрунту ця роль дійсно була ключовою. Але як уже зазначалося, частіше формування достатньо високих урожаїв за рахунок лише природної родючості ґрунтів неможливе. Застосування доб­рив є тепер обов'язковим для одержання високих і сталих урожаїв.

У зв'язку із збільшенням застосування мінеральних доб­рив дуже гостро постало питання про підвищення їхньої ефективності. Коефіцієнт використання азоту мінеральних добрив не перевищує 50, а фосфору - навіть 15 - 20% . З'ясу­вання участі поживних елементів, внесених з добривами у ґрунт, - питання першочергового значення. А роль мікро­флори у трансформації цих елементів у ґрунті дуже важлива.

Важливим завданням є розробка прийомів, які сприяють підвищенню коефіцієнта використання рослинами азоту й фосфору з мінеральних та органічних добрив.

Вкрай необхідно провести дослідження щодо з'ясування ролі мікроорганізмів у мобілізації фосфору важкорозчинних мінеральних і фосфорорганічних сполук. Адже фосфор у сільськогосподарському виробництві нашої держави є у пер­шому мінімумі, потіснивши навіть азот.

Перетворення азоту й фосфору у системі ґрунт - добрива -рослини є, як відомо, результатом різних біологічних, біохі­мічних і фізичних процесів. Тому розробка поставлених зав­дань може бути успішною лише за умов організації комплек­сних досліджень на основі використання найсучасніших мік­робіологічних, біохімічних, агрофізичних та інших методів. У зв'язку з цим слід зазначити, що взагалі ґрунтові мікробі­ологи не можуть успішно розв'язувати питання землеробства без залучення спеціалістів суміжних спеціальностей: ґрун­тознавців, агрохіміків, фізіологів рослин тощо. Певний роз­рив між ґрунтовою мікробіологією та іншими сільськогоспо­дарськими науками є істотним недоліком, який потрібно як­найшвидше виправити.

Одним із найважливіших питань сільського господарства для нашої держави на сучасному етапі є проблема дефіциту білка. У результаті досліджень останнього 20-річчя створено високоефективні біопрепарати бульбочкових та асоціатив­них бактерій для підвищення врожайності бобових і злако­вих рослин та збільшення вмісту у них білка. Чистий доход від застосування цього агрозаходу сягає понад 10% . Не менш ефективними є біопрепарати фосформобілізуючих бактерій.

Розрахунки багатьох науково-дослідних установ свідчать, що за рахунок використання біопрепаратів азотфіксуючих бактерій можна зекономити до 30% мінеральних азотних добрив та одержати додатково 500 тис. т білка. І це без ураху­вання впливу цього агрозаходу на наступні культури сівозмі­ни. Проте аналіз сучасного стану виробництва і застосування біопрепаратів азотфіксуючих мікроорганізмів свідчить, що цей ефективний і рентабельний захід агротехніки не знай­шов широкого застосування у сільському господарстві. У державі інокулюється менше 0,1% посівів зернових. Серйоз­ною причиною цього є те, що ще не вирішено багато питань як з технології виготовлення, так і з технології застосування. Особливо це стосується включення згаданого агрозаходу до існуючих технологій. За таких умов обмежуються обсяги ви­робництва біопрепаратів, стримується розширення інокульо­ваних посівів зернових та інших культур і знижується ефек­тивність агрозаходу у виробничих умовах.

У зв'язку з цим комплексна програма з проблеми біологіч­ного азоту й фосфору в найближчі роки повинна бути спрямо­вана на кінцевий результат - на створення системи випуску високоефективних препаратів. Причому цей напрям має ста­ти пріоритетним, таким, що дасть нам змогу одержати не лише додаткові прибутки, а й визнання серед наукової громад­ськості та виробничників.

Для підвищення продуктивності бобових і злакових рос­лин застосовують передпосівний обробіток насіння активни­ми культурами бульбочкових бактерій (препарат ризотор­фін), асоціативних бактерій - біопрепарати ризоагрин, ризо-ентерин, флавобактерин тощо. Доведено, що від застосуван­ня цього агрозаходу врожайність зернових підвищується на 2 ц/га і більше, зеленої маси бобових культур - на 50 - 80 і сі­на люцерни та конюшини - на б - 8 ц/га. При цьому не тіль­ки підвищується врожайність сільськогосподарських куль­тур, а й збільшується в них вміст білка на 0,5% і більше. Бо­бові й злакові рослини, крім господарських ознак, повинні характеризуватися високою спроможністю до симбіотичної і асоціативної азотфіксації, тобто мати високий рівень актив­ності й продуктивності азотфіксації. Експериментальні і лі­тературні дані дали змогу поставити питання про селекцію сільськогосподарських рослин на підвищення інтенсивності азотфіксуючої активності. У Селекційно-генетичному інсти­туті УААН створено сорти сої Кріпиш, Чарівниця Степу, Ар-кадія одеська, Одеська 124 з високим симбіотичним потенці­алом і зниженим автотрофним живленням азотом.

РОЗДІЛ 4.