Роль биологического азота в азотном балансе почв

   На  количество клубеньковых бактерий в  почве влияют ее свойства и состояние. Например, в нейтральных почвах бактерии размножаются лучше, чем в кислых, здесь часто встречаются активные формы. Окультуривание почв, особенно с внесением органических удобрений, улучшает условия для размножения клубеньковых бактерий.[Емцев В. Т., Мишустин Е. Н.; 2004]

   В агротехнике бобовых культур  большое значение имеет применение бактериальных препаратов рода Rhizobium, особенно если бобовые впервые высеваются на данном поле. После известкования почв высокими нормами известковых удобрений, увеличивающих рН на 1,5-2 единицы, целесообразна инокуляция всех бобовых культур более активными штаммами Rhizobium, так как на кислых почвах спонтанные штаммы обладают пониженной активностью.

   Также для симбиотической азотфиксации очень  важную роль играют микроудобрения, особенно бор и молибденсодержащие. О значении этих элементов говорилось в первой главе курсового проекта. Недостаток микроудобрений резко снижает, а иногда исключает фиксацию азота воздуха.

   Все бобовые культуры охотнее используют минеральные формы азота, чем азот воздуха. Однако азотные удобрения угнетают азотфиксацию тем сильнее, чем выше норма азота. При благоприятных условиях симбиоза под зерновые бобовые культуры не следует вносить азотные удобрения, а под многолетние бобовые травы – лишь в качестве «стартовых» доз перед посевом, и в качестве подкормки на второй год выращивания [Ягодин Б. А., Демин В. А. и др.; 1988].

   Таким образом, для научно обоснованного  определения видов и норм удобрений  под бобовые культуры необходимо не только знать каково содержание питательных веществ в почве данного поля, но также учитывать возможность обеспечения оптимальных условий для симбиотической азотфиксации. [Посыпанов Г. С. и др.; 1997]  
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

4. Методы  исследования биологической  азотфиксации

   В настоящее время существует несколько  методов изучения биологической  азотфиксации.

   Метод выращивания на питательных  средах применим в лабораториях. В данном случае бактерии-азотфиксаторы выращивают на средах с различной рН реакцией, содержанием элементов питания, температурными условиями и т.п. В данном случае возможно выяснить при каких условиях процесс азотфиксации идет наиболее оптимально, чтобы затем учитывать это в практике сельского хозяйства. Количество поглощенного азота можно учитывать с помощью метода меченых атомов. Однако недостатком этого метода является то, что он  далек от производственных условий, и он является скорее общебиологическим.

   Полевой и вегетационный  методы исследований значительно ближе к производственным условиям. В данном случае можно проследить динамику азотфиксации на разных типах почв при различных температурных режимах, освещенности, влажности, реакции среды. Эти методы исследований позволяют определить оптимальные для азотфиксации типы почв, подобрать оптимальные растения для симбиоза с бактериями - симбиотическими азотфиксаторами, проследить динамику содержания биологического азота в почве после уборке бобовых культур, и подобрать те растения, которые будут следовать за ними в севообороте, рассчитывать дозы азотных удобрений для тех культур, которые будут следовать за бобовым предшественником.

   Весьма  важными для повышения уровня биологической азотфиксации являются генетические исследования, начатые в конце 50-х годов прошлого столетия. Генетико-селекционные основы азотфиксирующего симбиоза бобовых растений с клубеньковыми бактериями впервые в отечественной литературе были представлены в монографии «Генетика симбиотической азотфиксации с основами селекции», вышедшей в 1998 году под редакцией И. А. Тихоновича и Н. А. Проворова. Авторы отмечают, что многие растения, грибы и животные могут вступать в симбиоз с азотфиксаторами, что существенно расширяет экологические возможности как микросимбионта (который уходит от конкуренции с сапрофитной микрофлорой и получает доступ к легкоусвояемым источникам питания), так и хозяина (для которого открывается возможность жить в условиях дефицита или даже полного отсутствия связанного азота). [по Ягодину Б. А., 2004] 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

5. Пути  повышения эффективности  биологической азотфиксации

а) Агротехнические  мероприятия.

         О некоторых из агротехнических  мероприятий уже говорилось в  предыдущих главах курсового проекта. В этом разделе мы обобщаем информацию о них.

   Итак, для создания оптимальных условий для биологической азотфиксации необходимо соблюдать следующие мероприятия:

1. Создание оптимальных условий в почве для размножения и развития бактерий-азотфиксаторов. Сюда входят: изменение реакции среды до оптимальной за счет известкования, подбор необходимой структуры, либо улучшение ее за счет внесения органических удобрений, по возможности обеспечение почвы влагой в засушливых регионах, создание фона элементов питания, необходимых азотфиксаторам (в особенности по микроэлементам);
2. Корректировка доз азотных удобрений с учетом азотфиксирующей способности бактерий. Как уже говорилось выше, внесение минерального азота способно существенно снизить или даже свести на нет биологическую фиксацию молекулярного азота атмосферы. Поэтому в ряде случаев возможен даже полный отказ от внесения азотных удобрений (например, под зерновые бобовые культуры)

б) Применение бактериальных  препаратов в земледелии

   Биологической альтернативой минеральным азотным  удобрениям является биологическая  фиксация молекулярного азота атмосферы. Как известно, азотные удобрения стали очень дорогими из-за сокращения добычи ископаемого топлива, а кроме того, в последнее время повышается общественно-политическая озабоченность возможностью химических загрязнений, в частности минеральным азотом, окружающей среды. Следовательно, внимание в настоящее время концентрируется на азотфиксации как альтернативе удобрениям.

   Биопрепараты  на основе азотфиксирующих бактерий обладают широким спектром действия, их использование позволяет снизить  норму минеральных азотных удобрений, что положительно сказывается на уровне нитратов и нитритов в продукции.

   В настоящее время выделяют несколько  групп биопрепаратов – азотфиксаторов.

   Биопрепарат ризотрофин на основе клубеньковых бактерий родов Rhizobium и Bradyrhizobium. Препараты клубеньковых бактерий сейчас широко используются во многих странах. Использование этих препаратов совершенно необходимо, когда в данной местности вводят новые культуры бобовых, и в составе флоры нет перекрестно заражающихся с ними растений. Такая потребность, например, возникла в нашей стране при выращивании соевых бобов в новых зонах. При этом клубеньков на корнях бобовых растений практически не было. Инокуляция обеспечила образования клубеньков, а следовательно, и осуществление азотфиксации. В результате увеличились урожай и содержание белка в растительной массе и в зерне.

   Значительно труднее решается вопрос о старопахотных, хорошо окультуренных почвах, на которых  уже давно возделывают бобовые  растения и можно предположить, что  в таких почвах сложились уже достаточно стабильные микробные ценозы, в составе которых имеются и клубеньковые бактерии культурных бобовых растений. Нужна ли здесь инокуляция и будет ли она себя оправдывать?

   Для ответа на этот вопрос были поставлены многочисленные опыты. В европейской части России массовые опыты с инокуляцией разных бобовых культур были проведены Е. Н. Мишустиным и В.В. Бернардом.  В большинстве случаев инокуляция дала заметное увеличение урожая. Наилучший эффект отмечался на кислых почвах.

   В последние годы под бобовые растения применяется около 1,5 млн. га порций ризотрофин в год. Ризотрофин позволяет уменьшить объемы применения азотных удобрений; препарат разработан практически для всех бобовых, возделываемых в настоящий момент. Агрономическая эффективность ризотрофина для бобовых культур составляет в среднем 10-30%, дополнительный сбор белка – 2-5 ц/га. При интродукции новых бобовых культур (люпин, люцерна, козлятник) эффективность бактеризации может составлять 50-100%, а сбор белка увеличивается в 2-3 раза.

   Помимо  ризотрофина существует ряд препаратов, созданных на основе свободноживущих  бактерий-азотфиксаторов. О роли азотобактерина говорится во второй главе. Отметим здесь, что азотобактерин – очень нестабильный препарат и годен для использования лишь ограниченное время. Также разработаны препараты на основе культур цианобактерий, которые в основном применяются в тропических и субтропических зонах, а также на посевах риса, и препараты на основе ассоциативных азотфиксирующих бактерий (агрофил, мизорин, ризаргин, флавобактерин и др.).В подавляющем большинстве случаев такие препараты дают прибавку урожая в пределах 15-30%. При дозах минерального азота выше 60 кг/га, а также при недостаточном освещении положительного действия препаратов не наблюдается. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

6. Роль  биологического и  технического азот в земледелии бывшего СССР и других стран.

     На данный момент биопрепараты очень широко применяются в тех странах, где активно занимаются экологическим земледелием (Германия, Франция и т.д.). Некоторые хозяйства в Западной Европе на данный момент полностью отказались от минеральных азотных удобрений в пользу биологического азота. В большинстве же стран биопрепараты применяются в комплексе с минеральными азотными удобрениями, а также в случае возделывания новых бобовых культур, о чем говорилось выше. Само собой речь здесь идет об экономически развитых странах, с применением интенсивных технологий растениеводства и земледелия.

   В нашей стране до середины 80-х годов  предпочтение отдавалось минеральным удобрениям. Биопрепараты использовались в основном при возделывании новых культур. В прошлой главе был описан пример с соевыми бобами. В конце 80-х ввиду резкого подъема экологического движения в нашей стране вопрос о биологическом азоте приобрел актуальность. Было множество предложений даже полностью отказаться от применения минеральных удобрений.

   К сожалению сейчас в России в сельском хозяйстве просто нет средств  для нормального развития, и многие хозяйства даже неспособны обеспечить необходимое количество минеральных удобрений, так что о биологическом азоте даже нет смысла говорить. Он используется лишь за счет азотфиксаторов, уже населяющих почву. Хотя в последние годы некоторые хозяйства смогли поднять уровень производства и соответственно начать применять различные биопрепараты.

   Оптимальной будет являться та ситуация, при  которой будет достигнуто совместное применение минеральных азотных, органических и биологических удобрений в  необходимых количествах с сохранением  бездефицитного азотного баланса почвы. 
 
 

Практическая  часть. 

1. Объект и методы  исследования

1.1. Характеристика взятого  образца почвы.

      Для данной курсовой работы была взята  дерново-подзолистая почва, которая  формируется в таежной зоне, подзоне  южной тайги под лесной растительностью  с чередованием разнотравных лугов. Водный режим здесь промывной. Почвообразующие породы представлены преимущественно лессовидными суглинками.

      Ведущими  процессами почвообразования являются дерновый и подзолистый. Сущность дернового  процесса заключается в накоплении гумуса, аккумуляции биофильных элементов и формирование водопрочной структуры почвы под воздействием травянистой растительности.

      В составе гумуса преобладают гуминовые  кислоты. Благодаря мощному гумусовому слою с водопрочной комковато  – зернистой структурой эта почва характеризуется высоким плодородием. Отношение    Сг:Сф – 1,2-1,5. В дерново-подзолистой почве много элементов питания, в том числе микроэлементов, что обусловлено аккумуляцией N, P, K и S. 

1.2. Методы биологического  исследования почвы.

1.2.1.Отбор средней почвенной пробы для микробиологического анализа и требования к ней.

1. Образец должен  быть «средней почвенной пробой»: среднюю пробу получают путем смешивания отдельных образцов почвы (со 100 м² берут пробу из 3-х точек).

2. Образец должен отображать характеристику исследуемой почвы: если анализируют пахотную почву, то пробы следует брать с глубины всего пахотного слоя, снимая верхние 2 см почвы; если анализируют определенный горизонт или почву по профилю – пробу берут из определенного горизонта; если анализируют весь горизонт – пробу берут начиная с нижнего горизонта.

3. Образец должен быть взят с соблюдением правил асептики (пробу берут стерильной лопаткой).

4. Образец должен иметь четкую характеристику, откуда он взят.

5. Образец должен быть свежим (анализируют в первые сутки после взятия).