Микроорганизмы почвы: как скрытые симбиотические связи корней способствуют здоровью культур и плодородию почвы

Здоровый урожай поддерживает чрезвычайно интенсивную «коммуникацию» посредством химических сигналов с биологической сетью, обитающей в почве под ним. Эта невидимая система взаимодействия играет ключевую роль, определяя состояние растений, их способность к усвоению питательных веществ и продуктивность почв на протяжении многих поколений. Такое симбиотическое взаимодействие между корнями растений и почвенными микроорганизмами позволяет культуре более эффективно извлекать питательные вещества из почвы и лучше переносить экологические стрессы.

Продолжающиеся исследования в области современного сельского хозяйства неизменно подтверждают важность взаимодействия растений и почвенных микроорганизмов для устойчивого земледелия. Как показали многочисленные научные работы, одним из ключевых элементов устойчивого сельского хозяйства является связь между растением, почвой и микробиотой. Специфические полезные почвенные микроорганизмы, обитающие в прикорневой зоне растений — такие как полезные бактерии и грибы — способствуют усвоению питательных веществ, формированию собственной защитной системы и обеспечению нормального роста растений на протяжении всего вегетационного периода. Эти почвенные микроорганизмы наиболее активно функционируют в прикорневой зоне растений — в ризосфере. Понимание взаимодействия корней и почвы позволяет фермерам применять агротехнические приемы, повышая продуктивность сельскохозяйственных культур без ущерба для здоровья почвы, сохраняя её для будущих поколений.

Что такое ризосфера и почему её называют «коммуникационным центром растения»?

Ризосфера — это небольшая зона почвы, окружающая корневую систему, в которой постоянно протекают биологические и химические процессы. Эта область является крайне динамичной частью сельскохозяйственных почв, поскольку здесь сосредоточено наибольшее количество почвенных микроорганизмов.

Сахара, аминокислоты, органические кислоты и сигнальные молекулы естественным образом выделяются корнями растений в ризосферу. Эти соединения служат питанием для полезных почвенных организмов и выполняют роль сигналов для полезных почвенных микробов. В свою очередь, эти микроорганизмы заселяют поверхность корней и прикорневую зону почвы у избранных растений, формируя взаимовыгодные отношения, способствующие питанию и здоровью растений.

Ризосфера включает разнообразную микробную популяцию, которая способствует улучшению структуры почвы, повышению доступности питательных веществ и контролю заболеваний. Это разнообразие имеет важное значение, поскольку благоприятные взаимоотношения между растениями и микроорганизмами зависят от поддержания оптимального баланса их взаимодействия; это обеспечивает их эффективность на всех этапах развития растений и позволяет удовлетворять их потребности.

Как корни растений привлекают полезные почвенные микробы?

Растения также в определённой степени взаимодействуют с окружающими их микроорганизмами, а не полностью полагаются на естественно присутствующие в почве микроорганизмы. Корни растений выделяют химические соединения, привлекающие полезные почвенные микробы, способствующие росту растений, однако далеко не все почвенные микроорганизмы приносят пользу растениям.

Эти микроорганизмы заселяют корни или почву вокруг корней при их привлечении и формируют устойчивые биологические сообщества, взаимовыгодные как для растения, так и для микробов. Такое непрерывное взаимодействие растений с почвенными микроорганизмами способствует более эффективному усвоению питательных веществ, поддерживает рост корней и повышает устойчивость растения к экологическим стрессам.

В ризосфере присутствуют различные группы микроорганизмов, действующие взаимодополняюще. Некоторые бактерии способны перерабатывать питательные вещества, недоступные растениям, или делать их более доступными; некоторые грибы разрастаются и расширяют корневую зону растений, охватывая участки, недоступные корням. Эти взаимосвязи совместно способствуют улучшению здоровья сельскохозяйственных культур и повышению продуктивности фермерских хозяйств.

Симбиоз корней растений и почвенных микроорганизмов

Симбиоз между корнями растений и почвенными микроорганизмами является одним из самых эффективных природных биологических взаимодействий. Растения также поставляют вещества, являющиеся источником энергии и образующиеся в результате фотосинтеза, а микроорганизмы обеспечивают различные услуги, включая мобилизацию питательных веществ, биологическую защиту и повышение плодородия почвы.

Научные исследования принимали самые разнообразные формы, чтобы изучить преимущества применения различных почвенных микроорганизмов в сельском хозяйстве; все они продемонстрировали повышенную устойчивость к экологическим стрессам, устойчивость к болезням и более высокую эффективность использования питательных веществ — и это лишь некоторые из полезных свойств почвенных микробов. Применение полезных грибов, азотфиксирующих бактерий и организмов, способствующих растворению фосфора, вносит вклад в поддержание продуктивности сельскохозяйственных почв.

Значение сохранения продуктивных почвенных микроорганизмов признаётся ключевой задачей в рамках продолжающихся исследований в области регенеративного сельского хозяйства и интегрированного управления растениеводством; приведённые ниже сотрудничества демонстрируют, насколько это важно.

Важнейшее природное взаимодействие между корнем и микроорганизмом: фиксация азота

Одним из наиболее полезных биологических процессов в прикорневой зоне растений с точки зрения азотфиксации являются нитрифицирующие бактерии. Сельскохозяйственные культуры не способны усваивать атмосферный азот, хотя именно азот составляет основную часть атмосферы Земли.

Специальные полезные виды почвенных микробов или почвенных микроорганизмов, такие как ризобии, азотобактеры, азоспирохи́ллы и франкии, преобразуют атмосферный азот в аммиак и другие соединения, доступные для растений. Азотфиксация — это естественный процесс, в ходе которого азот (N) превращается в форму, необходимую растениям для роста культур, синтеза хлорофилла и белка, а также для здорового вегетативного развития посевов.

Это способствует увеличению численности азотфиксирующих микроорганизмов в почве, что приводит к усилению круговорота питательных веществ, снижению потребности в синтетических азотных удобрениях и улучшению состояния почв в долгосрочной перспективе при выращивании зерновых, бобовых и овощей, а также многих других культур.

P1. Растворение фосфора: обеспечение доступности в почве тех питательных веществ, которые ранее были недоступны

Сельскохозяйственные почвы могут быть избыточно обеспеченными фосфором, однако этот элемент находится в форме, недоступной для усвоения растениями. Если растениям не оказать никакой помощи, они смогут получить лишь часть этого жизненно важного питательного элемента.

Другие микроорганизмы разлагают почву, в том числе продуцируя органические кислоты и ферменты, которые повышают растворимость фосфора в почве, делая его более доступным для усвоения корнями. Этот биологический процесс способствует улучшению круговорота питательных веществ, раннему формированию урожая и росту корневой системы.

Ризосфера обладает активной популяцией полезных почвенных микроорганизмов, которая способствует постоянному повышению доступности фосфора для почвенных микроорганизмов, что приводит к улучшению интенсивности цветения, развитию зерновой массы и общему росту продуктивности сельскохозяйственных культур.

Разложение, осуществляемое почвенными микроорганизмами, расщепляет и возвращает органические вещества в живой круговорот — как это происходит?

Биологический круговорот питательных веществ (в основном за счёт микробных организмов в почве) является важным показателем качества почвы, обеспечивающим её продуктивность на полевых участках. Когда растения легко усваивают питательные вещества, органическое вещество разлагается до доступных форм питательных элементов бактериями, грибами и другими мелкими живыми организмами, которые осуществляют его разложение и потребляют образующиеся продукты.

Микробная минерализация растительных остатков и органических удобрений высвобождает питательные элементы (азот, фосфор, серу и др.) и способствует улучшению физических свойств почвы и её содержания органического углерода. Этот цикл не ограничивается этим, и для поддержания плодородия не требуется чрезмерного использования синтетических вводимых средств.

Живая (биологически активная) ризосфера способствует более эффективному взаимодействию растений и почвенных микроорганизмов, снижая дефицит питательных веществ в течение вегетационного периода и повышая урожайность сельскохозяйственных культур. В долгосрочной перспективе всё более важно обеспечивать сохранение различных популяций полезных почвенных микроорганизмов, чтобы поддерживать продуктивность сельскохозяйственных почв.

Полезные почвенные микроорганизмы и их роль в устойчивости растений к экологическим стрессам

Недостаток воды, солёность, дефицит питательных веществ, колебания температуры и другие факторы — это стрессовые условия, с которыми сталкиваются сельскохозяйственные культуры в результате воздействия окружающей среды. Устойчивость растений к многим из этих стрессовых факторов обеспечивается благодаря взаимодействию растений с почвенными микроорганизмами, которое благотворно влияет на корневую систему и физиологические функции растения.

Микроорганизмы повышают скорость усвоения растением воды, усиливают разветвление корней и поглощение питательных веществ даже в неблагоприятных условиях выращивания благодаря тесной ассоциации с корнями растений. Неповреждённая ризосфера также содержит микроорганизмы, активирующие защитные механизмы растений, что помогает им лучше выживать и справляться с экологическими стрессами.

В рамках климатически устойчивого сельского хозяйства особое внимание уделяется здоровой микробиоте почвы (MSM), и в настоящее время проводится исследование, направленное на выявление того, как гармоничные взаимоотношения между почвенными микроорганизмами и растениями являются ключом к доказанной устойчивости сельскохозяйственного производства.

Как Novobac METILO способствует взаимодействию между корнями и микроорганизмами

Биологические решения для сельского хозяйства компании Novobac повышают продуктивность растений, поддерживая их естественную почвенную биологию. Novobac Микробные биостимуляторы METILO Поскольку растения созданы для стимулирования взаимодействия между корневой системой и почвенными микроорганизмами, это обеспечивает лучшее состояние как самих «корней», так и сообщества почвенных микроорганизмов.

METILO способствует активному развитию полезных микроорганизмов в ризосфере, что обеспечивает более энергичное взаимодействие растений с почвенными микробами, усиливает развитие корневой системы и повышает жизнеспособность растений. METILO укрепляет программы устойчивого производства сельскохозяйственных культур в Канаде, США, Мексике, Европе, Индии и Юго‑Восточной Азии, создавая благоприятные условия для полезных микробных взаимодействий и биологической активности вокруг корней растений. 
Продукт без труда впишется в любую современную программу восстановления почвы, где стимуляция развития полезных почвенных микроорганизмов выступает ключевым фактором долгосрочной продуктивности и здоровья почвы.

Поддержка, обеспечиваемая естественным растворением фосфора с помощью Novobac Cropium

Ещё одним примечательным биологическим решением является Novobac Cropium, который содержит PENICILLIUM BILAIAE — полезный гриб, известный своей природной способностью лучше растворять фосфор.

CROPIUM повышает доступность фосфора и других питательных веществ для растений за счёт более глубокой активности ризосферы, благодаря чему почвенные микроорганизмы высвобождают в непосредственной близости от корней дополнительные питательные вещества, недоступные для растения. Более эффективное усвоение фосфора способствует лучшему росту корневой системы, повышению эффективности использования питательных веществ и улучшению круговорота питательных элементов в период вегетации.

Novobac CROPIUM можно использовать во всех системах устойчивого земледелия, тем самым способствуя улучшению биологического управления питательными веществами фермеров и снижению зависимости от применения традиционных методов растворения фосфора.

Разработка более агрессивной системы ризосферной защиты растений и долговечного почвенного покрова, пригодной для устойчивого сельского хозяйства.

Для формирования здоровой ризосферы необходима долгосрочная стратегия и соответствующие управленческие практики, позволяющие избежать нарушения почвенной биологии. Такие меры, как сокращение ненужной вспашки, повышение содержания органического вещества в почве, поддержание биоразнообразия на обрабатываемых участках и снижение излишнего применения химических средств, способствуют сохранению активных популяций почвенных микроорганизмов.

Впоследствии включение микробных биостимуляторов, полезных грибов и других биомассовых продуктов усиливает взаимодействие растение–почва–микроорганизмы и способствует улучшению круговорота питательных веществ и повышению устойчивости растений к различным стрессовым условиям. Ряд продуктов, таких как Novobac METILO и Novobac CROPIUM, поддерживают эти практики, стимулируя почвенно‑биологические процессы, делающие питательные вещества доступными, и активизируя рост корней.

По мере того как ваша аграрная трансформация движется в сторону регенеративных систем производства, знания и умение налаживать и поддерживать невидимый диалог между корнями растений и микроорганизмами останутся ключевыми для повышения здоровья почв, сохранения урожайности и укрепления сельского хозяйства в будущем.

Ссылка:

• Рамос Кабрера, Эфрен Венансьо, Сули Юлиана Дельгадо Эспиноса и Андрес Фелипе Солис Пино. «Применение фосфор‑растворяющих микроорганизмов как биотехнологической альтернативы: обзор». Микроорганизмы, т. 12, № 8 (2024): 1591.
• Балестрини, Раффаэлла, и др. «Скрытая сторона взаимодействия: микробы и корни объединяются для повышения устойчивости растений». Журнал интеракций растений, т. 19, № 1 (2024): 2323991.