Що нам дали римляни? – питання виникає у відомій кіносцені, в якій солдати при визвольному фронті задавали один одному в країні, окупованій римлянами. – Сантехніку …, каналізацію …, дороги …, медицину …, освіту …, зрошення …, вино … все ж вони забезпечували, але що ще вони дали? – питання повторюється.
Ця життєрадісна маленька сцена часто приходить мені на думку, коли ми говоримо про те, чому важливо знати і навчати про процеси, що відбуваються в ґрунті. Питання схоже: що дають нам ґрунтові мікроорганізми? Відповідь прозаїчна: можливість земного життя.
Забезпечення рослин поживними речовинами
Є поживні речовини розчинні і нерозчинні, які важко доступні або не доступні для рослин. Останні треба мобілізувати і зробити розчинними для потрапляння в ґрунтовий розчин, щоб кореневі волоски рослини могли їх засвоїти. Хоча це не видно, але рослини прикладають надзвичайні зусилля для того, щоб задовольнити свої потреби в поживних речовинах. Щоб перетворити нерозчинні поживні речовини в розчинні, досліди показують, що 25-35% вироблених рослинами органічних речовин виділяється через кореневу систему у ґрунт, у вигляді різних органічних кислот. Ця втрата для фермера дуже чутлива, так як вироблені корінням органічні речовини не можуть бути зібрані. Бактерії борються з подібними проблемами. Їм також потрібні поживні речовини ґрунту, вони також виробляють подібні органічні речовини. При активному ґрунтовому житті вироблені бактеріями органічні кислоти роблять розчинними важкорозчинні поживні речовини, які можуть засвоїти і рослини. Бактерії розвантажують рослини, так як їм потрібно виділяти менше органічних речовин, більше залишається в рослинах, і тому збільшується врожайність.
Отже, якщо в ризосфері присутня достатня кількість бактерій, то їхня діяльність допомагає рослинам та розвантажує їх. Цю енергію рослини можуть спрямувати на розвиток та ріст врожайності. А також, бактерії завдяки виробництву сидерофору прив’язують іони заліза (Fe), і забезпечують ним рослини. Завдяки локалізації іонів заліза життєвий простір грибів зменшується.
Зв’язування азоту з атмосфери
Атмосферний азот є основним джерелом азоту для життя на Землі. Цей азот природним чином може вступити в біологічний цикл лише через Азот, пов’язаний з мікроорганізмами (включаючи штучні добрива). Таким чином, наші вирощені вищого порядку рослини не можуть отримати азот з N2, якого багато в атмосфері – 78% повітря – це азот, тому що дуже мало живих організмів може зв’язати його.
Зв’язуючі азот бактерії, які вільно живуть у ґрунті, симбіотично асоціюються з рослинами, також мають фермент нітрогенази, який розщеплює дуже стійку молекулу N2 і перетворює її в аміак, який рослина може поглинати та використовувати для задоволення своїх потреб у азоті. Цей процес, біологічне зв’язування азоту, є ключовим для життя на землі. Основні мікроорганізми, що зв’язують азот – це ціанобактерії, ризобійні бактерії, що живуть у симбіозі, асоціативні азоспірили, вільно живучі Азотобактери, бактерії Clostridium тощо.
Дослідження фосфору з нерозчинних форм
На відміну від азоту, фосфору немає в атмосфері, його первинним джерелом є сполуки, які містяться в гірських породах та ґрунтових мінералах, а також фосфор, пов’язаний з органікою. Пропорції двох фракцій, а саме органічного та неорганічного фосфору, складають приблизно 50-50% у ґрунті.
Фосфор також є важливим елементом в обмінних процесах організмів. Він так само необхідний для процесів накопичення енергії клітинами, як і для нарощування фосфоліпідів, що утворюють клітинні мембрани. Фосфор має першорядне значення для врожайності рослин, а також впливає на формування кореневої системи. З найважливіших рослинних поживних речовин фосфор засвоюється найскладніше, але саме він є визначною поживною речовиною, що впливає на визначає результативність вирощування рослин після азоту.
Мінералізація органічно пов’язаного фосфору, що знаходиться у органічних речовинах (більшість з яких так звані фітати) є відносно повільним процесом, що залежить від активності мікроорганізмів. Органічно пов’язаний фосфор виділяється в основному бактеріями та грибками, які потім можуть бути поглинатися рослинами (у вигляді ортофосфатів H2PO4, HPO42). Фосфор, який входить в рослини, тварини, мікроорганізми, вивільняється в цикл Р шляхом їх руйнування та повторної мінералізації їх органічної речовини.
Органічні кислоти, що виділяються бактеріями та грибами, які живуть у ґрунті, дозволяють розчиняти неорганічні фосфатні мінерали. Таким чином, бактерії беруть участь у розчиненні неорганічних фосфатів і тим самим надають можливість рослинам поглинати їх.
Розкладання післяжнивних речовин
Целюлоза – найпоширеніший органічний матеріал на Землі, оскільки більша частина рослинного скелетного матеріалу – це целюлоза. Бактерії та грибки, які містять фермент (целюлазу), який може розщеплювати целюлозу, надзвичайно корисні для розщеплення целюлози та лігноцелюлози як мертвої органіки. Зер
нової соломи утворюється сотнями тисяч тонн на рік, яка залишатися на стерні. Розкладання вмісту целюлози, геміцелюлози та лігніну в соломі та повторне введення інгредієнтів в органічну циркуляцію також мають важливе значення для підтримки родючості ґрунту.
Целюлоза, нерозчинна у воді, хімічно стійка і відносно стійка до ферментів макромолекула, розщеплюється за допомогою ферментів целюлази, що містяться у бактеріях та грибках. Майже всі ці ферменти вкорочують довгі ланцюги або розщеплюють менші одиниці (целобіози) на кінцях ланцюгів. В результаті утворюються менші молекули, які легко абсорбуються, розщеплюються та використовуються іншими мікроорганізмами.
Бактерії та грибки, що розкладають залишки стебел, розкладаючи поживні речовини, утворюють значну кількість калію та фосфору, численні мезо- та мікроелементи та перетворюють їх у прийнятні для рослини форми.
Функції ґрунтових мікроорганізмів значно більш розширенні, ніж деякі основні функції, описані вище. Ми виділили лише кілька важливих процесів: без них азоту в ґрунті не було б, тому жоден живий організм не міг би синтезувати амінокислоти та білки. Не відбувалося б розщеплення, тому не було би з чого будувати. Сполуки, що мстяться у мінералах та гірських породах, неможливо було дослідити. Без них все було б інакшим, але найімовірніше: не було би нічого.