Сельскохозяйственная микробиология — это раздел микробиологии, изучающий микробы, связанные с растениями, а также заболевания растений и животных. Он также занимается микробиологией плодородия почвы, такой как микробная деградация органического вещества и трансформация питательных веществ почвы. Основная цель сельскохозяйственной микробиологии — всестороннее изучение взаимодействия полезных микроорганизмов, таких как бактерии и грибы, с сельскохозяйственными культурами. Он также занимается микробиологией плодородия почвы, такой как микробная деградация органического вещества и трансформация питательных веществ почвы.
Почвенные микроорганизмы
Значение почвенных микроорганизмов
Микроорганизмы как биоудобрения
Биоудобрения рассматриваются как перспективные, устойчивые альтернативы вредным химическим удобрениям из-за их способности повышать урожайность и плодородие почвы за счет повышения иммунитета и развития растений. При внесении в почву, растение или семена эти биоудобрения колонизируют ризосферу или внутреннюю часть корня растения. После того, как микробное сообщество установлено, эти микроорганизмы могут помочь растворить и расщепить необходимые питательные вещества в окружающей среде, которые в противном случае были бы недоступны или трудновключаемы в биомассу для растений.
Азот
Азот является необходимым элементом, необходимым для создания биомассы, и обычно рассматривается как ограничивающее питательное вещество в сельскохозяйственных системах. Несмотря на обилие в атмосфере, атмосферная форма азота не может быть использована растениями и должна быть преобразована в форму, которая может быть непосредственно усвоена растениями; эта проблема решается биологическими азотфиксаторами. Азотфиксирующие бактерии, также известные как диазотрофы, можно разделить на три группы: свободноживущие (например, Azotobacter, Anabaena, и Clostridium), симбиотические (например, Rhizobium и Trichodesmium) и ассоциативные симбиотические (например, Azospirillum). Эти организмы обладают способностью фиксировать атмосферный азот в биодоступные формы, которые могут быть усвоены растениями и включены в биомассу. Важный азотфиксирующий симбиоз — между Rhizobium и бобовыми растениями. Было показано, что Rhizobium вносит свыше 300 кг N/га/год в различные бобовые растения, а их применение к сельскохозяйственным культурам увеличивает высоту урожая, всхожесть семян и содержание азота в растении. Использование азотфиксирующих бактерий в сельском хозяйстве может помочь снизить зависимость от искусственных азотных удобрений, которые синтезируются с помощью процесса Габера-Боша.
Фосфор
Фосфор может быть доступен растениям посредством солюбилизации или мобилизации бактериями или грибами. В большинстве почвенных условий фосфор является наименее подвижным питательным веществом в окружающей среде и поэтому должен быть преобразован в солюбилизированные формы, чтобы быть доступным для усвоения растениями. Солюбилизация фосфата — это процесс, при котором органические кислоты выделяются в окружающую среду, это снижает pH и растворяет фосфатные связи, таким образом оставляя фосфат солюбилизированным. Бактерии, солюбилизирующие фосфат (PBS) (например, Bacillus subtilis и Bacillus circulans) отвечают за более чем 50% микробной солюбилизации фосфата. В дополнение к солюбилизированному фосфату PBS также может обеспечивать микроэлементы, такие как железо и цинк, которые дополнительно усиливают рост растений. Грибы (например, Aspergillus awamori и Penicillium spp.) также выполняют этот процесс, однако их вклад составляет менее 1% всей активности. Исследование 2019 года показало, что при инокуляции культур Aspergillus niger наблюдалось значительное увеличение размера плодов и урожайности по сравнению с неинокулированными культурами; при совместной инокуляции культуры A. niger и азотфиксирующими бактериями Azobacter урожайность культуры была лучше, чем при инокуляции только одним из биоудобрений и культур, которые вообще не были инокулированы. Мобилизация фосфора — это процесс переноса фосфора в корень из почвы; этот процесс осуществляется через микоризу (например, Арбускулярная микориза). Арбускулярная микориза мобилизует фосфат, проникая и увеличивая площадь поверхности корней, что помогает мобилизовать фосфор в растение. Растворяющие и мобилизующие фосфат микроорганизмы могут вносить свыше 30–50 кг P2O5/га, что, в свою очередь, может повысить урожайность на 10–20%.
Пример
Микробиология в устойчивом сельском хозяйстве
Эффективные микроорганизмы
Эффективные микроорганизмы (ЭМ) необходимы для развития устойчивого сельского хозяйства и состоят из разнообразной смешанной культуры микроорганизмов, которые естественным образом встречаются в природе. Биопрепараты, содержащие эффективные микроорганизмы, играют решающую роль в различных секторах, таких как защита окружающей среды, производство продуктов питания и медицина. Кроме того, это применение эффективной биотехнологии микроорганизмов охватывает ряд сельскохозяйственных областей, включая восстановление почвы, выращивание сельскохозяйственных культур, животноводство и сохранение продуктов питания. Эти биопрепараты оказываются особенно полезными для подготовки земли и подготовки поля. Эффективные микроорганизмы можно применять к сельскохозяйственным культурам в течение вегетационного периода или непосредственно к почве во время подготовки, улучшая как здоровье почвы, так и способствуя росту растений. Широкая полезность эффективных микроорганизмов обусловлена их высокой ферментативной специфичностью, что позволяет им процветать в различных условиях. Более того, эффективная технология микроорганизмов в настоящее время используется более чем в 140 странах мира, причем Бразилия является ведущим ее последователем. Широкое использование эффективных микроорганизмов демонстрирует способность улучшать сельскохозяйственную промышленность и экологически устойчивое земледелие.
Эффективные микроорганизмы в устойчивом сельском хозяйстве
Традиционные методы ведения сельского хозяйства используют химические удобрения, пестициды и гербициды для защиты сельскохозяйственных культур от вредителей и болезней. Однако эти химические вещества оказывают неблагоприятное воздействие на окружающую среду, способствуя ее загрязнению. Использование сельскохозяйственных химикатов связано с сокращением видов растений и животных, а также с ущербом для биоразнообразия почвы, включая бактериальные и грибковые сообщества. Химические средства защиты растений могут изменять сельскохозяйственные почвы, влияя на их физические свойства, такие как текстура, проницаемость и пористость. Кроме того, эти продукты нарушают питательные циклы фосфора и азота и сокращают разнообразие микробиома почвы. Учитывая проблемы, связанные с ростом населения мира и потребностью в большем количестве и более качественной пище, будущее сельского хозяйства заключается в использовании эффективных микроорганизмов для повышения урожайности. Этот подход предлагает устойчивую альтернативу традиционным химическим методам, способствуя здоровью окружающей среды и устойчивости сельского хозяйства.
Успешное производство сельскохозяйственных культур зависит от здоровья почвы, на которое влияет сеть биологических, химических и физических процессов, управляемых микроорганизмами. Эффективные микроорганизмы усиливают полезное микробное сообщество почвы, прокладывая путь к устойчивому сельскому хозяйству. Эти микроорганизмы состоят из природных микробов, таких как фотосинтезирующие бактерии, молочнокислые бактерии, дрожжи и ферментирующие грибы, которые могут применяться для увеличения микробного разнообразия почвы. Применение эффективных микроорганизмов улучшает структуру и плодородие почвы, значительно повышая биологическое разнообразие. Они могут подавлять распространение патогенов, передающихся через почву, способствовать фиксации азота и улучшать усвоение питательных веществ растениями. Эффективные микроорганизмы также ускоряют разложение органических отходов, что способствует компостированию и, следовательно, увеличивает доступность ценных минералов и усиливает деятельность местных микробов. Доминируя в микробной среде почвы, эффективные микроорганизмы поощряют другие полезные микробы процветать и вытеснять более мелкие группы патогенных или условно-патогенных микробов. Этот естественный баланс приводит к появлению более сильных и устойчивых растений, а также более высокой урожайности, позиционируя эффективные микроорганизмы как ключевого игрока в будущем устойчивого сельского хозяйства.