Многие культуры показывают низкую урожайность из-за недостатка доступного азота в почве во время роста. В таких случаях включение бобовых в севооборот может стать наиболее простым и безопасным методом пополнения запасов этого питательного вещества. Это возможно благодаря уникальной способности бобовых фиксировать атмосферный азот в сотрудничестве с клубеньковыми бактериями.
Рассмотрим, как происходит этот процесс и какие условия необходимы для его успешной реализации.
На протяжении долгого времени ученым было известно, что бобовые культуры способны создавать симбиотические связи с бактериями семейства Rhizobium, что позволяет им преобразовывать атмосферный азот в аммиак. Этот процесс известен как азотфиксация и осуществляется в клубеньках – небольших утолщениях на корнях растений. Эти клубеньки образуются под влиянием бактерий, которые получили название клубеньковых.
По словам Даниэля Латарии, руководителя товарной группы компании Ростсельмаш, клубеньковые бактерии конвертируют свободный азот в форму, доступную для растений. Растения, в свою очередь, предоставляют бактериям необходимые органические соединения, произведенные в ходе фотосинтеза. Такое взаимодействие называют симбиозом.
Однако, несмотря на то, что каждая конкретная раса клубеньковых бактерий способна взаимодействовать только с определенным видом бобовых растений, степень такой специфичности в разных группах может различаться. Например, клубеньковые бактерии гороха могут взаимодействовать и с другими видами, такими как чина и бобы, тогда как бактерии клевера активны исключительно на клевере.
Помимо симбиотических бактерий, существуют свободноживущие микроорганизмы, способные фиксировать атмосферный азот. К ним относятся представители родов Azotobacter, Clostridium, Enterobacter и других. Хотя они играют важную роль в азотном балансе, их вклад не столь значителен.
Бобовые культуры привлекают внимание в сельском хозяйстве благодаря своей роли в фиксации азота. Синергия с клубеньковыми бактериями позволяет им удовлетворить до 90% собственных потребностей в азоте, одновременно обогащая этим элементом последующие культуры в севообороте.
Горох, согласно исследованиям российских ученых, способен фиксировать от 50 до 150 килограммов азота на гектар за сезон, оставляя около половины этого количества в почве. Многолетние бобовые травы демонстрируют еще более впечатляющие результаты: клевер и люцерна связывают от 180 до 300 килограммов азота на гектар, оставляя после уборки и с корневыми остатками около 70-100 килограммов на гектар.
По мнению специалиста Ростсельмаш, благодаря своей способности фиксировать азот, бобовые культуры не только служат отличными предшественниками для множества других культур, но и часто применяются в смешанных и многокомпонентных посевах.
Как отмечает Даниел Латария, можно использовать комбинацию гороха и ячменя. Горох, как и другие зернобобовые, активно фиксирует азот из атмосферы с помощью клубеньковых бактерий Rhizobium leguminosarum. Периоды максимальной активности этих бактерий совпадают с периодами наибольшего потребления азота ячменем. Таким образом, совместное выращивание позволяет значительно сократить затраты на азотные удобрения и снизить химическое воздействие на почву, при этом не снижая урожайности. Кроме того, ячмень защищает горох от сорняков на ранних стадиях развития и помогает предотвратить полегание, тем самым минимизируя потери при уборке урожая.
Для подобных схем желательна техника, которая может осуществлять одновременный посев нескольких культур, например, посевные комплексы Ростсельмаш SH и SC.
Исследования показали, что клубеньковые бактерии могут длительное время оставаться в почве даже без присутствия растения-хозяина, ожидая подходящего момента для взаимодействия. Чтобы успешно инфицировать растение и сформировать клубеньки, где проходит процесс азотфиксации, требуется выполнение ряда условий.
Во-первых, важно наличие в почве специфических вирулентных и конкурентоспособных штаммов бактерий. Во-вторых, они должны присутствовать в достаточном количестве в прикорневой зоне. Некоторые исследователи отмечают, что успешное заражение бобовых культур происходит при дефиците азота в почве. Когда уровень азота достаточный, процесс инфицирования замедляется, так как растения становятся устойчивыми к воздействию бактерий.
Однако наличие клубеньков на растении не всегда гарантирует эффективную азотфиксацию. Оценить эффективность процесса можно, раздавливая или разрезая клубеньки. Красный или красно-коричневый цвет внутри клубенька указывает на жизнеспособность и активность бактерий. Серый или зеленоватый цвет свидетельствует о том, что процесс азотфиксации не происходит. Это может быть связано с высокой кислотностью почвы, недостаточной или избыточной влажностью, недостатком питательных веществ, переуплотнением почвы, использованием почвенных гербицидов и другими факторами. В таких условиях формируются неактивные и слабо вирулентные штаммы бактерий, что снижает их полезность.
Оптимальные или приближенные к ним условия окружающей среды способствуют формированию продуктивного азотфиксирующего аппарата. Благоприятными условиями для азотфиксации считаются pH почвы в диапазоне 6-7, температура воздуха около +20...+31°C, хорошая обеспеченность фосфором, калием, магнием, бором, молибденом, влажность почвы 60-70% от полной влагоемкости и другие факторы. Однако такие идеальные условия встречаются крайне редко на практике.
Учитывая влияние различных факторов на азотфиксацию, исследователи начали разработку микробиологических препаратов, способствующих улучшению эффективности симбиотической азотфиксации бобовых культур.
Как объясняет Даниел Латария, основное направление работы заключается в создании активных штаммов бактерий, устойчивых к неблагоприятным условиям. Специалисты как за рубежом, так и в России активно занимаются разработкой аналогичных продуктов не только для бобовых, но и для других культур, включая зерновые и масличные. Такие препараты имеют широкий спектр возможностей: бактерии в их составе могут фиксировать азот, фосфор, калий и другие элементы питания, превращая их в доступные для растений формы. Это позволяет существенно снизить использование минеральных удобрений без снижения урожайности.
Сегодня в России одним из самых популярных методов доставки бактерий к бобовым культурам является инокуляция семян. Методика опрыскивания по вегетации менее распространена. Важно строго следовать рекомендациям поставщиков и производителей микробиологических препаратов, так как они часто используются вместе с другими агрохимикатами на культурах, таких как соя. Любая ошибка может привести к гибели бактерий.
Также существуют методы, включающие предварительное внесение препаратов, содержащих штаммы бактерий, перед обработкой почвы (пахота, культивация, боронование) с помощью опрыскивателей, затем обработку семян (инокуляцию) и повторное опрыскивание по вегетации в критические фазы развития культуры, например, на стадии кущения или выхода в трубку у зерновых колосовых.
Подводя итог, за счет симбиоза с клубеньковыми бактериями бобовые культуры могут почти полностью удовлетворять собственные и даже чужие потребности в азоте. Однако для максимальной эффективности азотфиксации требуются оптимальные или близкие к ним условия окружающей среды, а также наличие в почве специализированных активных штаммов бактерий в достаточном количестве в зоне распространения корневой системы растений. На практике такие идеальные условия возникают очень редко. Поэтому в некоторых ситуациях целесообразно применять микробиологические препараты с пролонгированным действием, которые помогают не только увеличивать урожайность и качество выращиваемых культур, но и обогащают почву азотом для последующих посевов.
