Минерал апатит и микроорганизмы помогут растениям избежать недостатка фосфора

Ученые из ФИЦ Биотехнологии РАН определили, что одновременное внесение в почву апатита и почвенных микроорганизмов рода Bacillus позволяет повысить доступность фосфора для растений. В почвах фосфор фиксируется в виде нерастворимых фосфатов, поэтому растения должны постоянно получать фосфор за счет химических удобрений. Однако только небольшое количество дополнительного фосфора используется растениями, в то время как большая его часть депонируется в почве. Широкое применение химических удобрений негативно влияет на плодородие почвы и развитие растений, а также на водные ресурсы, вызывая их эвтрофикацию. Предложенный подход послужит экологически безопасной альтернативой химическим удобрениям, приводящим к загрязнению почв и водоемов. Результаты исследования опубликованы в журнале Agronomy. Работа выполнена в рамках проекта научного центра мирового уровня «Агротехнологии будущего» и поддержана национальным проектом «Наука и университеты».

Фосфор жизненно необходим всем живым организмам, поскольку он входит в состав молекул ДНК и РНК, а также АТФ — универсального источника энергии в клетке. Растения получают фосфор из почвы вместе с водой, однако до 99,9% содержащегося в грунте фосфора входит в состав нерастворимых, а значит и недоступных к поглощению минералов, например, апатита, фосфорита, алюмосиликатов и других. В связи с этим сельскохозяйственные культуры часто испытывают недостаток фосфора, который сказывается на их росте и продуктивности.

Наиболее простым решением проблемы считается внесение в почвы фосфорных удобрений. Однако, с другой стороны, использование химических удобрений снижает плодородие почв и может привести к загрязнению водоемов, поэтому использование удобрений в сельском хозяйстве стараются ограничивать. Альтернативный подход, исследуемый на протяжении последних семидесяти лет, предполагает использование почвенных фосфатсолюбилизирующих микроорганизмов — бактерий, способных химическим путем переводить соединения фосфора из нерастворимого состояния в растворимое, тем самым делая их доступными для растений.

Ученые из ФИЦ Биотехнологии РАН совместно с ВНИИСХМ и ПАО «ФосАгро» предложили новый подход, при котором фосфатсолюбилизирующие микроорганизмы вносятся в почву совместно с апатитом, который должен служить дополнительным источником фосфора и тем самым повышать эффективность химических превращений, осуществляемых бактериями. Авторы использовали три штамма микроорганизмов: Bacillus subtilis, Bacillus velezensis и Bacillus megaterium, известные своей способностью переводить фосфор в доступную для растений форму.

Исследователи провели эксперимент с выращиванием райграса — травянистого растения, повсеместно используемого в качестве кормового сырья и для озеленения. Авторы провели вегетационный опыт по выращиванию этого злака на обедненной дерново-подзолистой почве, для которой характерно низкое содержание доступного фосфора, с добавлением апатита и фосфатсолюбилизирующих микроорганизмов. При этом образцы отличались сочетаниями внесенных в них бактериальных культур, а также размером частиц апатита (мелкого и крупного помола).

Оказалось, что совместное внесение минерала и бактерий в почву до 17% ускорило рост растений и набор ими биомассы. При этом расчеты показали, что при использовании апатита мелкой фракции растения эффективнее поглощали фосфор из почвы. Однако наибольший эффект, когда использование фосфора райграсом возросло на 13%, наблюдался при одновременном использовании крупных гранул минерала и консорциума всех трех штаммов микроорганизмов.

Проведенное исследование показало, что биологизированный апатит в сочетании с фосфатсолюбилизирующими микроорганизмами действительно помогает повысить доступность фосфора для растений. Кроме того, эксперименты позволили авторам определить сочетание этих компонентов, наилучшим образом влияющее на рост исследуемых растений.