1.2.3.1. БІОЕКОЛОГІЧНІ ФАКТОРИ ҐРУНТУ

Ґрунт — біологічне середовище, при ефективному використанні якого можна без зайвих витрат збільшити виробництво і поліпшити якість зерна, кормів, технічної сировини.

Крім органічних решток рослин і тварин, у ґрунті є багато дріб­них (мікро-), середніх (мезо-) і більших (макро-) організмів, які знач­ною мірою впливають на життєдіяльність рослин. За М. С. Дво-раківським (1983) з посиланням на Ю. Одума (1975), розрізняють такі групи ґрунтових організмів: мікробіота — бактерії, гриби, ґрун­тові водорості і найпростіші організми; мезобіота — нематоди, дрібні личинки комах, кліщі, ногохвістки, інші дрібні організми; макробіо-та — коріння вегетуючих рослин, великі комахи, дощові черви.

Найбільше значення для вегетуючих рослин має мікробіота (рис. 13). Вона переважає на коріннях рослин і в ґрунті, прилеглому до їх ризосфери, яка розміщується в шарі ґрунту до 60 см. Цей шар біологічно найактивніший, є буквально середовищем мікробіологіч­ної діяльності. Біологічну активність ґрунту підтримують глибоким розпушуванням, заорюванням органічних решток, внесенням міне­ральних добрив, зрошенням, дотримуванням правильного чергу­вання культур у сівозміні та їх вирощування у змішаних, сумісних або ущільнених посівах. При безладному (стихійному) розміщенні культур різко знижується активність мікробіоти та збільшується кількість небажаної мезобіоти — нематод, личинок кліщів, різних шкідливих комах. Найактивніша мікробіота біля кореневої системи бобових — люцерни, конюшини, люпину, серадели, вики мохнатої, буркуну, сої та ін.

За даними М. О. Красильникова (1958), у ризосфері люцерни в одному кілограмі ґрунту міститься від 50 до 100 млрд бактерій. Жи­ва маса мікробіоти в орному шарі ґрунту досягає 10 т/га і більше. В міру заглиблення її активність зменшується через погіршення повітряного режиму, перезволоження, вміст закисних форм заліза, алюмінію та ін. Як уже зазначалось, важливим агротехнічним захо­дом є глибоке (50 - 70 см) розпушування ґрунту, яке посилює його біологічну активність на значну глибину. Це має істотне значення для підвищення врожайності культур за рахунок родючості ґрунту. Крім того, економляться мінеральні й інші добрива, поліпшується екологічний стан поля.

Розкладаючи коріння, післяжнивні стерньові рештки, гній, си­дерати тощо, мікроорганізми підвищують вміст у ґрунті гумусу, ру­хомих сполук азоту, фосфору, калію, інших елементів живлення ро­слин. В результаті їх діяльності в ґрунті утворюються біологічні ре­човини, які мають властивості біокаталізаторів, — ферменти, віта­міни, вільні амінокислоти, ауксини. Ці речовини активізують росто­ві процеси в рослині і є важливим біологічним фактором ґрунту.

Ґрунтові гриби (міко-, гіфо- й актиноміцети) добре мінералізують органічну речовину, але за умов задовільної і достатньої зволоже­ності ґрунту. Суттєву роль відіграють плісеневі гриби та дріжджі.

Мікориза (поєднання міцелію грибів з корінням вищих рослин) властива злаковим та іншим рослинам. Багато трав'янистих рос­лин, наприклад злакові кормові трави (тимофіївка, вівсяниця та ін.), погано розвиваються без мікоризи.

Гриби мікоміцети добре розвиваються на помірно вологих, добре окультурених ґрунтах. Крім бактерій, грибів, тобто безхлорофільних організмів, у ґрунті багато мікроскопічних водоростей (синьо-зеле­них, зелених, діатомових). Вони стимулюють життєдіяльність азот­фіксуючих бактерій і таким чином беруть діяльну участь в накопи­ченні азоту в ґрунті.

Для високої біологічної активності ґрунту треба забезпечувати нейтральну або близьку до неї слабкокислу чи слабколужну реак­цію ґрунтового розчину, тому що більшість мікроорганізмів, особли­во бакетрії і деякі гриби, не розвиваються в кислому середовищі (при рН < 4,5 — 5,0). Є бактерії і гриби, які можуть розвиватися і в підкисленому середовищі, але вони не мають великого значення для живлення рослин.

Біологічну активність ґрунту в полі можна визначити за інтенси­вністю виділення з нього вуглекислоти (СО2), яка фіксується розчи­ном лугу. Для цього треба поставити в посів невелику посудину з лугом і накрити її посудиною більшого об'єму. Вуглекислота погли­нається лугом. Концентрацію її визначають титруванням.

Загальна кількість мікроорганізмів у ґрунті може коливатися від 300 - 600 до 2500 - 3000 млн/г.

Із макробіоти величезне значення мають дощові черви. Пропус­каючи ґрунт через травний канал, вони збагачують його на фермен­ти, корисні для рослин солі, що різко посилює біологічну цінність ґрунту. За даними Р. Дажо (1975), на якого посилається М. С. Дво-раківський (1983), дощові черви пропускають через травний канал від 6 до 84 т землі на 1 га, а за більш сприятливих умов (вища тем­пература і краще зволоження) — і до 210 т/га. У зв'язку з цим вели­кого значення набуває вермикультура — розмноження дощових че­рвів, за допомогою яких виготовляють вермикомпости — цінне біо­логічне добриво. Останнім часом поширюється використання свого роду «біодобрив» — препаратів, які збагачують ґрунт на мікробіоту (бактерії, гриби, водорості), тобто на живі компоненти, які роблять ґрунт більш активним біоносним природним тілом. Важливим на­прямом у виробництві біодобрив є біотехнологія гумусу, при застосу­ванні якої поліпшується родючість і біологічна активність ґрунту.

Мезобіота не завжди відіграє корисну роль, оскільки нематоди, кліщі, ногохвістки тощо — це здебільшого шкідливі організми, як і дрібні личинки комах.

Найбільше біологічне й екологічне значення з мікробіоти мають безхлорофільні організми ґрунту — бактерії, гриби, актиноміцети, найпростіші (інфузорії, амеби, корененіжки та ін.). З-поміж них дуже велике значення мають азотфіксуючі бактерії, оскільки задоволен­ня потреб рослин в азоті — завдання значно складніше, ніж забез­печення їх потреб в інших мінеральних елементах. При вирощуван­ні високих врожаїв навіть на родючих ґрунтах потреба рослин в азо­ті задовольняється лише частково за рахунок його рухомих сполук у ґрунті (від 30 — 40 до 60 %). З ґрунту використовується тільки близько 2 % загальних його запасів (В. П. Патика, І. А. Тихонович, І. Д. Фі-ліп'єв та ін., 1993). З атмосфери в рослини надходить достатньо азо­ту, але вони не можуть засвоювати вільний азот повітря через не­спроможність переборювати сили зчеплення атомів у його молекулі. Тому величезні запаси азоту в атмосфері недоступні для рослин. Ру­хомі форми азоту в ґрунті також не повністю засвоюються рослинами.

Одним із джерел надходження азоту в ґрунт є зв'язування атмо­сферного азоту мікроорганізмами, які, на відміну від рослин, здатні окислювати молекулярний азот. Джерелом поповнення азоту в ґрунті є також мінеральні азотні добрива — продукт промислового зв'язу­вання молекулярного азоту атмосфери.

Розрізняють два види азотфіксації молекулярного азоту повітря: симбіотичну й асоціативну.

Симбіотична азотфіксація здійснюється бульбочковими бактері­ями, які перебувають у тісному симбіотичному зв'язку з бобовими рослинами. Причому цей симбіоз можливий лише за умови поєд­нання рас і штамів бульбочкових бактерій з відповідними бобовими культурами. Так, люцерна інфікується лише штамами бульбочко­вих бактерій, які перебувають у симбіозі з буркуном (Rh. Meliloti), конюшина — штамами Rt. trifolia. Кращі результати при вирощу­вання сої дає обробка її насіння штамами Bradirhisobium. За дани­ми В. П. Патики та ін. (1993), обробка насіння сої сортів Херсон­ська 908, Кіровоградська 4 і Чайка штамами 629а і 639б Br. Japoni-cum забезпечувала підвищення врожайності на 3,8-8,3 ц/га. При цьому посилювалось накопичення в зерні білка, збільшувався вміст у ньому глютамінової кислоти. Цей симбіоз сприяє також підви­щенню родючості ґрунту і врожайності наступних культур сівозміни, оскільки в ґрунті залишаються кореневі і стерньову рештки, багаті на азот, фосфор, кальцій, калій та інші макро- й мікроелементи.

У цьому плані велике значення мають праці Є. М. Мішустіна, П. П. Вавилова, Г. С. Посипанова, О. О. Берестецького, Ю. М. Воз-някова, Л. М. Доросинського, А. О. Бабича, В. П. Патики, І. А. Ти­хоновича, Д. У. Кука, П. Амбруса та інших учених.

Асоціативна азотфіксація сприяє підвищенню врожайності та­кож небобових рослин за рахунок вільноживучих азотфіксуючих організмів, які розміщуються в зоні ризосфери і на корінні цих рос­лин. Існує близько 14 груп цих бактерій. Виявлено (В. П. Патика, А. В. Єрмоліна, М. М. Умаров), що найактивніша азотфіксація в асоціативних мікроорганізмів відбувається у ризосфері рослин у пе­ріод їх активного росту. Визначена висока азотфіксація у таких груп бактерій (В. П. Патика та ін., 1993), як Achromobacter, Aghaspiril-lum, Agrobacterium, Bacillus, Arthrobscter, Azospirillum, Flavobacte-rium, Enterobacter, Klebciella, Mycobacterium, Pseudomonae, Rhado-spirillum, Spirillum та ін.

Асоціативні бактерії у процесі вегетації впливають на ріст рос­лин, структуру посіву, врожайність так само, як і азотні мінеральні добрива. Причому їх діяльність посилюється на фоні помірного удо­брення азотом.

При вирощуванні пшениці її рослини за рахунок асоціативних азотфіксуючих бактерій використовують близько 40 — 60 кг/га азоту (В. П. Патика та ін., 1993). Дослідами, проведеними в Канаді з пшеницею, встановлено, що рослини за рахунок асоціативних бак­терій можуть задовольняти потребу в азоті на 20 %.

Звичайно в агроекосистемах існує природна симбіотична й асоціа­тивна азотфіксація. Тому треба створювати умови для її активізації, підбирати сорти, забезпечувати оптимальні умови вегетації. Велике значення має застосування ефективних штамів азотфіксаторів.

Нині розроблено препарати, які містять активні й ефективні штами бульбочкових та асоціативних азотфіксаторів.

Ризоторфін — бактеріальний препарат, який містить високоефе­ктивні штами бульбочкових бактерій. Це — сипка маса з вологістю 50 — 55 %. В 1 г препарату міститься до 2,5 млрд активних бульбоч­кових бактерій. Він підвищує врожайність зернобобових, одно- і ба­гаторічних бобових трав. Для кожного виду і навіть сорту підбира­ють певні штами бульбочкових бактерій. При їх застосуванні під­вищується стійкість бобових проти бактеріальних хвороб.

Ризоагрин— препарат асоціативних азотфіксуючих бактерій для обробки насіння рису й пшениці. Підвищує стійкість рослин проти хвороб (економія 40 — 60 кг/га азоту добрив). Препарат оригіналь­ний, не має світових аналогів.

Ризоентерин — препарат асоціативних азотфіксаторів для пе­редпосівної обробки насіння озимого і ярого ячменю, а також рису (економія азоту добрив 30 — 40 кг/га). Врожайність після його засто­сування підвищується на 10 — 15 %. Аналогів не має.

Флавобактерин — препарат асоціативних азотфіксаторів для підвищення врожайності кормового сорго, пшениці, цукрових буря­ків, кормових трав (економія азоту 30 — 40 кг/га). Посилює засвоєння поживних речовин рослинами, знижує захворюваність їх на фузарі­оз, ризокторіоз.

Мізорин підвищує врожайність і якість урожаю сорго, кормових трав, картоплі, а також вбирну здатність коріння, продукує фізіоло­гічно активні речовини, знижує захворюваність рослин на фізаріоз і ризоктоніоз.

Застосовують також азоризин — препарат бактерій азоспірил для проса. Різко підвищує нітрогеназну активність коренів, забез­печує приріст врожайності, поліпшує амінокислотний склад зерна.

Всі ці препарати екологічно чисті, безпечні для людей і тварин.

Питання про застосування асоціативних азотфіксаторів вивча­ється в Інституті землеробства (В. П. Патика). Одержані дані свідчать про перспективність застосування як бульбочкових, так і асо­ціативних азотфіксаторів у рослинництві.

Аналогічно асоціативним азотфіксаторам, які засвоюють азот із атмосфери, багато мікроорганізмів можуть перетворювати нероз­чинні форми фосфатів ґрунту на легкозасвоювані рослинами. До таких мікроорганізмів належать різні бактерії, стрептояйцети, гри­би та ін. До них, зокрема, відносяться роди Bacillus, Mycobacterium, Pseudomonas, Penicillium, Acpergillus тощо. Фосфати ґрунту розчи­няються різними кислотами, в тому числі вуглекислотою:

Са3(РО4)2 +2СО2 +2Н2О -> 2СаНРО4 +Са(НСО3)2.

Мобілізація фосфатів відбувається і в результаті утворення мік­роорганізмами різних органічних кислот, кетокислот при бродінні або неповному окисленні вуглеводів.

Фосфати перетворюються на розчинні форми і в результаті діяль­ності нітрифікуючих бактерій, які утворюють азотну кислоту, та бак­терій, що окислюють сірку. На цій основі давно створено препарат фосфоробактерин, який містить активну форму спороносної бакте­рії, що руйнує фосфорорганічні сполуки і перетворює їх на доступні для рослин форми. Активність фосфоробактерину не знижується при внесенні фосфорних добрив (В. П. Патика та ін., 1993). При цьому посилюється ріст кореневої системи, підвищується продуктив­ність рослин.

Важливе значення для забезпечення рослин фосфором має міко­риза (ендомікориза). При інфікуванні ендомікоризними грибами бобових (люцерни, вики, конюшини, а в дослідах В. П. Патики та ін. також сої) спостерігаються посилене надходження фосфору в росли­ни та активізація симбіотичної азотфіксації. У сівозміні певні рос­лини сприяють розвиткові цих грибів (узагальнено їх називають везикулярно-арбускулярною мікоризою — ВАМ), а деякі негативно впливають на них, наприклад, ріпак, гірчиця, редька олійна, лю­пин, які імунні до ендофітів. Ці культури зменшують кількість або­ригенної мікоризи, а зернові і бобові культури впливають на неї по­зитивно, збільшуючи кількість спор.

Екологічно доцільне рослинництво, як бачимо, має досить вели­кий мікробіологічний арсенал, використання якого допоможе наба­гато скоротити кількість застосовуваних дорогих і екологічно не­сприятливих азотних та фосфорних мінеральних добрив.