Азотфиксация - один из важнейших процессов
Азотфиксация - один из важнейших процессов, обеспечивающих круговорот азота в природе, что влияет на биологическую продуктивность растений. Столб воздуха, находящийся над одним гектаром поверхности, содержит 80 тыс.т азота. Если бы растения пшеницы могли усваивать азот прямо из воздуха, его хватило бы для получения урожая 30 ц/га в течение более полумиллиона лет. Однако растения самостоятельно не могут усваивать молекулярный азот, что заставило человечество искать способы обеспечения растений этим важным элементом через промышленный синтез азотных соединений, доступных для растений, но, несмотря на это, природный процесс азотфиксации бобовыми культурами в симбиозе с клубеньковыми бактериями остаётся важным и достаточно дешёвым мероприятием повышения плодородия почв.
Историческая справка
Человечеству издавна известно, что культуры, выращиваемые после бобовых, дают более высокий урожай, чем после других предшественников. Упоминания об этом встречаются в трудах греческих и римских философов в III — I вв. до н. э. Первое научное объяснение этого явления дал один из основателей агрохимии французский учёный Буссенго. В его работе, опубликованной в 1838 году, он прямо указал, что бобовые травы обогащают почву азотом за счёт азотфиксации, правда, ошибочно полагая, что растения делают это через листья, из-за чего потом отрёкся от своего открытия. Проводя опыты с бобовыми в прокалённом песке под стеклянным колпаком, где отсутствовали клубеньковые бактерии, он не получил обогащения азотом из воздуха. Лишь через несколько десятилетий было установлено, что бобовые культуры связывают атмосферный азот только в симбиозе с бактериями, живущими на корнях в виде утолщений, позже названных клубеньками. Открытие явления азотфиксации имело чрезвычайно большое практическое значение. Для примера, введение в 19 веке в Европе севооборотов с клевером позволило поднять урожаи зерновых с 7 до 17 ц/га.
Получение высоких показателей азотфиксации
В современном сельскохозяйственном производстве насыщенность севооборота бобовыми культурами может достигать 20 – 25%. Для гарантированного получения высоких показателей азотфиксации семена бобовых культур перед посевом обрабатывают препаратами, содержащими высокий титр (количество) клубеньковых бактерий. Процедура получила название инокуляция. По способности фиксировать азот из воздуха бобовые культуры существенно отличаются между собой. Наиболее продуктивные: люцерна – до 300 кг/га, клевер красный – 180 кг/га, донник белый и люпин в пределах 150 кг/га, горох и соя – 50 – 70 кг/га. На сегодняшний день известна группа свободноживущих азотфиксаторов в почве из родов Клостридиум и Азотобактер. 
Деятельность свободноживущих азотфиксирующих бактерий в почве ограничена нехваткой органического вещества, а потому их продуктивность незначительна – около 5 кг/га за вегетационный период. Клубеньковые бактерии обеспечивают бобовое растение азотом, фиксированным из воздуха, а от растения получают минеральные соли и продукты углеводного обмена. Продуктивность процесса усвоения азота из воздуха зависит от многих факторов. Первым и главным условием является высокая вирулентность, являющаяся признаком качественного инокулянта. Оптимальная влажность почвы должна быть в пределах 60 – 70% от полной влагоёмкости. Минимальная влажность почвы, при которой клубеньковые бактерии могут развиваться, составляет 16 – 18% от полной влагоёмкости. При более низком уровне влажности почвы клубеньковые бактерии переходят в неактивное состояние, наблюдается их частичное отмирание. Избыточная влажность также нежелательна, поскольку нарушается аэрация почвы, что негативно влияет на развитие клубеньковых бактерий. Процесс азотфиксации происходит при температуре +10◦С и выше. Оптимальной температурой, при которой азотфиксация достигает максимальных значений, считается 20 - 25◦С. Температура свыше 30◦С негативно влияет на процесс азотфиксации. Вторым важным условием является реакция почвы как экологический фактор, влияющий на активность и вирулентность клубеньковых бактерий. В кислых почвах соединения марганца и алюминия оказывают токсическое действие на развитие корневой системы, снижают доступность для растений кальция, фосфора, молибдена, углекислоты, чем негативно влияют на процессы усвоения азота. Оптимальной считается реакция почвы, близкая к нейтральной. Кислая реакция почвы влияет как на само растение – путём ухудшения развития корневой системы, так и на клубеньковые бактерии – через сокращение периода функционирования бактероидной ткани, а следовательно, и сокращение объёмов азотфиксации. Кроме того, следует заметить, что ключевой микроэлемент для бобовых культур – молибден лучше усваивается на почвах с нейтральной реакцией. Наблюдается и определённая экологическая адаптация видов и штаммов клубеньковых бактерий к кислотности почвы. Клубеньковые бактерии клевера более устойчивы к повышенной кислотности почвы, чем клубеньковые бактерии люцерны, посевы которой размещены в основном на почвах с нейтральной и слабощелочной реакцией.Третья особенность - условия минерального питания бобовых растений. Они оказывают значительное влияние на азотфиксацию, поскольку клубеньковые бактерии получают элементы минерального питания и углеводы от растения-хозяина.
Важнейшие элементы питания
Одними из важнейших элементов питания, влияющих на процесс симбиотической азотфиксации бобовыми, являются азот и молибден. Исследованиями установлено, что чем выше содержание доступных форм азота, тем труднее идёт проникновение бактерий в корень, а следовательно, формируется меньше клубеньков на корнях и их активность невысока.Снижение доли атмосферного азота, усваиваемого растениями при повышенной обеспеченности минеральным азотом, носит лишь относительный характер. Абсолютное количество азота, усвоенного бактериями из воздуха, практически не снижается, а в отдельных случаях даже повышается по сравнению с вариантами опыта, где азот не вносили. Важное значение для азотфиксации имеет обеспеченность бобовых растений фосфором, при низком содержании которого в почве клубеньки могут вообще не образовываться. При недостаточном питании фосфором у растений ухудшается усвоение азота. Бобовые относятся к культурам с повышенным выносом калия, а потому удобрение калийными удобрениями положительно влияет на продуктивность азотфиксации, что очевидно связано с физиологическим влиянием калия в углеводном обмене в растениях. Для бобовых растений особенно важными микроэлементами являются молибден и бор. Нехватка молибдена тормозит образование клубеньков, нарушается синтез свободных аминокислот и леггемоглобина. При нехватке бора в клубеньках не формируются сосудистые пучки, как следствие, нарушается развитие бактероидной ткани. Для преодоления и предупреждения возможного проявления дефицита этих важных элементов минерального питания в производстве используют микроудобрения при предпосевном протравливании семян и внекорневым способом - по листу.
Наиболее эффективные удобрения для азотфиксации
Среди большого количества микроудобрений, присутствующих на отечественном рынке, одними из наиболее эффективных, способствующих процессам азотфиксации, являются удобрения линейки Эколайн. Для предпосевной обработки семян бобовых культур и обеспечения растений в начале симбиотической азотфиксации, наступающей при появлении 2 - 3 настоящих (тройчатых) листьев, рекомендуем использовать Эколайн Универсал Семена (Хелаты) из расчёта 0,5 л/т или в сочетании с Эколайн Фосфитный (К) - 0,5 л/т, или новую композицию Грос Корнерост в дозе 1,0 л/т. Применение молибдена в виде органо-минерального удобрения Эколайн Молибден (Комплексный) в дозе 0,5 – 1,0 л/га рекомендуем в момент формирования 2 – 3 настоящих листьев бобовых культур, то есть когда начинается процесс азотфиксации. Микроудобрение Эколайн Молибден (Комплексный) содержит этот металл в форме фосфорно-молибденового комплексного соединения, что значительно повышает уровень усвоения обоих элементов вследствие синергизма молибдена с фосфором. Важное значение для уверенного старта растений имеет обеспечение в начальный период фосфором. В случае слабой обеспеченности почвы, временных похолоданий или засухи целесообразно в баковую смесь с Эколайн Молибден (Комплексный) добавить Эколайн Фосфитный (К) в дозе 1,0 – 1,5 л/га. Для обеспечения растений бором рекомендуем использовать Эколайн Бор (Премиум) – жидкое удобрение в виде органического комплекса бора с моноэтаноламином и добавлением аминокислот. Активные ингредиенты: бор, аминогруппы моноэтаноламина и аминокислоты растительного происхождения. Удобрение не теряет своей эффективности даже в условиях, когда растения находятся в состоянии стресса из-за неблагоприятных погодных условий.
Биологические факторы в симбиозе бобовых растений с клубеньковыми бактериями
Определённую роль в симбиозе бобовых растений с клубеньковыми бактериями играют биологические факторы. Большой вред могут наносить так называемые фитофаги, которые могут препятствовать проникновению бактерий в корень бобового растения и вызывать лизис тканей клубеньков.
Среди жуков известны несколько видов клубеньковых долгоносиков, личинки которых повреждают корневые волоски и клубеньки. Долгоносики наиболее вредоносны в сухую жаркую погоду. Корни бобовых растений и клубеньки также могут повреждать нематоды. В последнее время на многих культурах, в частности на сое, получил распространение особенно опасный вредитель – красный и другие виды паутинного клеща, который, высасывая соки из растений, приводит к их заражению вирусными болезнями и разрушению хлорофилла вплоть до полного этиолирования (обесцвечивания) растений, прекращения процесса фотосинтеза, и тогда все перечисленные выше факторы уже не имеют никакого практического значения.