Несмотря на впечатляющие успехи в производстве продуктов питания, «зеленая революция» не учитывала экологичность. Продолжительное использование химических удобрений привело к своим собственным побочным эффектам, таким как нарушение реакции почвы, дисбаланс питательных веществ в растениях, уменьшение клубеньковости корней бобовых и микоризных ассоциаций растений, повышенная восприимчивость растений к болезням и вредителям, нарушение экологии почвенной биоты, снижение жизнедеятельности всех видов растений в почве и экологические опасности, такие как уменьшение содержания почвенного гумуса и загрязнение воды.
Чтобы уменьшить зависимость от высокопроизводительных, но вредных химических удобрений, правительства во всем мире пытаются продвигать и стимулировать такие методы, как диверсификация урожая, интегрированное земледелие, многоквартирные дома и использование биоудобрений.
Что такое биоудобрение
Биоудобрение или биологическое удобрение — это биологически активный и эффективный штамм определенного микроорганизма (бактерий, грибов и водорослей) или комбинации микроорганизмов, которые при поверхностном внесении семян, частей растений, почвы или компостирования повышают плодородие почвы благодаря своей способности фиксировать атмосферный азот.
Азотфиксация биоудобрения может быть симбиотической или асимбиотической. Она преобразует питательные вещества почвы, такие как цинк, фосфор, медь, сера, железо и т.д., из неприменимых (фиксированных) в пригодные для использования. Биоудобрение биологически разлагает органические отходы в почве и высвобождает питательные вещества в форме, которая легко усваивается растениями.
Микроорганизмы часто не так эффективны в естественных условиях, как можно было бы ожидать, вот почему искусственно размноженные культуры эффективных микроорганизмов играют решающую роль в ускорении микробиологических процессов в почве.
Классификация биоудобрений
Биоудобрения можно разделить на две категории (i) Классификация, основанная на микроорганизмах в биоудобрении (ii) Классификация, основанная на функции биоудобрения.
Классификация на основе микроорганизма, используемого в биоудобрении
Классификация, основанная на функции биоудобрения
Виды биоудобрения
Нитрагин, лабораторная культура ризобий, выведенная Ноббе и Хилтнером в 1895 году, была первым коммерчески доступным биоудобрением. Далее были приведены азотобактерии, зеленые водоросли и множество других микроорганизмов. Недавние открытия включают азоспириллу и везикулярно-арбускулярную микоризу (VAM).
В 1956 году Н.В. Джоши провел первое исследование симбиоза бобовых с Rhizobium в Индии. С учреждением Национального проекта по разработке и использованию биоудобрений (NPDB) Министерство сельского хозяйства в рамках Девятого плана предприняло реальные усилия по популяризации и продвижению вклада.
Группировка биоудобрений
Как показано на приведенной выше блок-схеме 2 (на основе функции), биоудобрения могут быть сгруппированы в следующие классы:
(A) Биоудобрения, фиксирующие N2
- Свободноживущие: Beijerinckia, Azotobacter, Anabaena, Nostoc,
- Симбиотические : ризобиум, франкия, азолла анабена
- Ассоциативно-симбиотический : азоспирилум
(B) Биоудобрения, солюбилизирующие фосфор
- Бактерии (PSB): Bacillus megaterium, Bacillus subtilis, Bacillus circulans, Pseudomonas striata
- Грибы (PSF): Penicillium Spp, Aspergillus awamori
(C) Биоудобрения, мобилизующие фосфор
- Арбускулярмикориза: Glomus spp., Gigaspora spp., Acaulospora spp.
- Эктомикориза : Laccaria spp., Pisolithus sp., Boletus sp., Amanita spp.
- Эрикоидная микориза : Pezizellaericae
- Микориза орхидей : Rhizoctonia solani
(D) Биоудобрения для получения микроэлементов
- Солюбилизаторы силикатов и цинка : Bacillus spp.
(E) Ризобактерии, способствующие росту растений (PGPR)
- Псевдомонады : Pseudomonas fluorescens
Микроорганизмы в биоудобрениях и их применение
Ниже перечислены некоторые примеры биоудобрений и их применения:
- Бактерии биоудобрения, фиксирующие азот
- Ризобии : В растениях азот служит единственным источником метаболизма, поскольку он является основным компонентом всех клеточных биомолекул (аминокислот, белков, ферментов). Большинству бобовых растений требуется большое количество белка, но они не могут восполнить атмосферный N2 из-за высоких энергетических затрат.
В результате у бобовых растений образуются корневые клубеньки, в которых бактерии, принадлежащие к родам Rhizobium, Bradyrhizobium, Sinorhizobium, Azorhizobium и Mesorhizobium, фиксируют атмосферный азот. Эти бактерии в совокупности называются ризобиями и относятся к α-протеобактериям. Ризобии могут фиксировать 15-20 Н/ га и повышать урожайность зерновых культур на 20%.
- Азоризобиум : Это симбионты, которые образуют клубеньки и фиксируют азот в клубеньках стеблей. Эти микроорганизмы вырабатывают большое количество ИУК, который необходим для хорошего роста растений.
- Брадиризобиум : брадиризобиум хорошо фиксирует азот. Семена мукуны, инокулированные штаммами Bradyrhizobium, повышают содержание в почве общего органического углерода, N2, фосфора и калия. Кроме того, это увеличивает рост растений и, следовательно, биомассу растений. Сокращая популяции сорняков и увеличивая популяции почвенных микробов, оно способствует улучшению почвы.
- Азотобактерии (например, Azotobacter) : Это диазотропные, несимбиотические, фотоавтотрофные (организмы, осуществляющие фотосинтез) аэробные, свободноживущие бактерии. Из них выделяются различные вещества, включая витамины, гиббереллины, нафталин, уксусную кислоту и т.д., которые подавляют определенные корневые патогены и позволяют корням усиливать свой рост и поглощать питательные вещества.
Бактерии содержатся в корнях Paspalumnotatum (тропические травы) и других видов. К корням паспалумнотатума оно добавляет 15-93 кг азота с гектара в год. Azotobacter indicum обитает в кислой почве в корнях растений сахарного тростника. Его можно вносить под просо, овощи, фрукты, цветы и злаки путем обработки почвы семенами и рассадой.
- Acetobacterdiazotrophicus : Acetobacterdiazotrophicus — это диазотроп, который содержится в корнях, стеблях и листьях сахарного тростника и сахарной свеклы для фиксации азота. Кроме того, оно производит химические вещества, стимулирующие рост, такие как. IAA. Оно способствует усвоению питательных веществ, прорастанию семян и росту корней. Фиксируя азот, эта бактерия увеличивает урожайность сельскохозяйственных культур на 0,5 – 1% и фиксирует до 15 кг азота с гектара в год.
- Симбиоз азоллы и анабены: это свободно плавающий водный папоротник с симбионтами цианобактерий в листьях. По мере роста оно фиксирует атмосферный азот на рисовых полях и выделяет органический азот в воду. Оно также выделяет азот в воде, как только его вытаптывают.
Азолла вносит азот, фосфор (15-20 кг / га / месяц), калий (20-25 кг / га / месяц), органический углерод и т.д., увеличивая урожайность рисовых культур на 10-20% и подавляя рост сорняков. Азолла также может поглощать калий из поливной воды и использоваться в качестве сидерата перед посадкой риса. Поскольку виды азоллы устойчивы к металлам, их можно вносить вблизи сильно загрязненных районов.
- Цианобактерии (сине–зеленые водоросли — BGA) : прокариотические организмы, такие как Nostoc, Anabaena, Oscillatoria, Aulosira, Lyngbya и др., фототропны по своей природе. Помимо фиксации атмосферного азота, они обеспечивают комплекс витаминов группы В и стимулирующие рост вещества, которые ускоряют рост растения. При внесении в дозе 10 кг / га цианобактерии фиксируют 20-30 кг / Н/ га и повышают урожайность на 10-15%. При выращивании риса в Индии используются как свободноживущие, так и симбиотические цианобактерии (сине-зеленые водоросли).
- Spirillaceae (например, Azospirillum и Herbaspirillum) : Это простые в выращивании свободноживущие ассоциативно-симбиотические аэробные бактерии, не образующие клубеньков. Корни двудольных и однодольных растений, таких как кукуруза, сорго и пшеница, содержат эти бактерии. Азоспириллум повышает урожайность зерновых культур на 10-15% и фиксирует N2 из расчета 20-40% кг/га. Различные штаммы A. brasiliense , инокулированные в семена пшеницы, увеличивают всхожесть семян, рост растений, размер плодоножек и длину корешков.
Корни, стебли и листья сахарного тростника и риса содержат виды Herbaspirillum . Они производят стимуляторы роста (IAA, гиббериллины, цитокинины), а также улучшают развитие корней наряду с поглощением питательных веществ, таких как азот, калий и фосфор, из почвы.