3. Минеральные удобрения

Влияние минеральных удобрений на микроорганизмы почвы и ее плодородие. Внесение в почву удобрений не только улучшает питание растений, но и изменяет условия существования поч­венных микроорганизмов, также нуждающихся в минеральных эле­ментах.

При благоприятных климатических условиях количество мик­роорганизмов и их активность после внесения в почву удобрений значительно возрастают. Усиливается распад гумуса, увеличивается мобилизация азота, фосфора и других элементов.

После применения минеральных удобрений активизируется деятельность бактерий. При наличии минерального азота легче раз­лагается и используется микроорганизмами гумус. Внесение мине­ральных удобрений вызывает некоторое снижение численности актиномицетов и увеличение грибного населения, что может быть следствием сдвига реакции среды в кислую сторону в результате внесения физиологически кислых солей: актиномицеты плохо пере­носят подкисление, а размножение многих грибов ускоряется в бо­лее кислой среде.

Минеральные удобрения хотя и акти­визируют деятельность микроорганизмов, уменьшают потери гуму­са и стабилизируют уровень гумуса в зависимости от количества оставляемых пожнив­ных и корневых остатков.

Внесение в почву минеральных и органических удобрений усиливает интенсивность микробиологических процессов, в резуль­тате чего сопряженно увеличивается трансформация органических и минеральных веществ.

Характерным показателем активизации микробной деятель­ности под влиянием удобрений служит усиление «дыхания» почвы, т. е. выделения ею С0₂. Это результат ускоренного разложения ор­ганических соединений почвы, в том числе гумуса.

Внесение в почву фосфорно-калийных удобрений мало спо­собствует использованию растениями почвенного азота, но усилива­ет деятельность азотфиксирующих микроорганизмов.

Иногда внесение в почву минеральных удобрений, особенно в высоких дозах, неблагоприятно сказывается на ее плодородии. Обычно это наблюдается на малобуферных почвах при использова­нии физиологически кислых удобрений. При подкислении почвы в раствор переходят соединения алюминия, токсичные для микро­организмов почвы и растений.

Внесение извести, особенно вместе с навозом, благотворно сказывается на сапротрофной микрофлоре. Изменяя рН почвы в благоприятную сторону, известь нейтрализует вредное действие фи­зиологически кислых минеральных удобрений.

Влияние минеральных удобрений на урожай связано с зональ­ным положением почв. Как уже отмечалось, в почвах северной зо­ны микробиологические мобилизационные процессы протекают за­медленно. Поэтому на севере сильнее ощущается дефицит для рас­тений основных элементов питания, и минеральные удобрения даже в малых дозах действуют более эффективно, чем в южной зоне. Это не противоречит известному положению о лучшем действии мине­ральных удобрений на фоне высокой окультуренности почвы.

4. Химические средства защиты растений

Химические средства защиты урожая — пестициды — используются в сельском хозяйстве очень широко. В них входят гербициды, при­меняемые для борьбы с сорняками, фунгициды, защищающие растения от фитопатогенных грибов, инсектициды — средства защиты от вредных насекомых, нематициды — препараты против нематод и пр.

Широкое применение химических средств защиты урожая на­чалось после 1939 г., когда швейцарский ученый П.Мюллер показал перспективность использования ДДТ [1,1-ди(4-хлорфенил)-2,2,2-трихлорэтана] при борьбе с вредными насекомыми. Открывались новые перспективы в борьбе с вредителями сельского хозяйства и с насекомыми — переносчиками болезней. Применение ДДТ в юж­ных странах практически ликвидировало заболевание малярией, от которой гибли миллионы людей. Однако через некоторое время оказалось, что комары, переносящие заболевание, адаптировались к пестициду, и болезнь вновь приняла массовый характер. Тогда пе­решли на использование менее токсичного аналога ДДТ — мет-оксихлора (С₁₆Н₁₅С1₃0₂).

В дальнейшем выяснилось, что ДДТ очень медленно разлага­ется в почве. Накапливаясь в почве и растениях, он оказывает вред­ное влияние на организм человека и животных. Помимо высокой стойкости, для ДДТ и ряда других пестицидов характерна способ­ность концентрироваться в биологических цепях. В продуктах животного происхождения они накапливаются больше, чем в рас­тительных тканях. Получены убедительные доказательства отрица­тельного воздействия даже малых количеств хлорорганических со­единений на здоровье людей, и многие страны отказались от приме­нения таких препаратов. В нашей стране проводят гигиеническую оценку новых пестицидов. Ежегодно публикуется также Список хи­мических и биологических средств борьбы с вредителями, болезня­ми растений, сорняками и регуляторов роста растений, разрешен­ных для применения в сельском хозяйстве.

Неумеренное применение пестицидов загрязняет окружаю­щую среду и приводит к гибели многих ценных представителей фа­уны и флоры. Попадая в водные бассейны, пестициды вызывают вымирание промысловых животных. Поэтому к применению пес­тицидов нужно относиться крайне осторожно и отбирать для прак­тического использования в сельском хозяйстве наименее вредные и быстро разлагающиеся соединения.

Пестициды и другие соединения неприродного происхожде­ния (ксенобиотики), которые подвергаются полной минерализации (деградации) до С0₂ и Н₂0, NH₃, сульфатов и фосфатов, обычно проходят весь метаболический путь и могут использоваться в качест­ве источника углерода и энергии членами микробного сообщества.

Трансформация соединений, разлагаемых в большей или мень­шей степени, происходит обычно в результате кометаболизма. Ина­че говоря, эти соединения не являются субстратом для роста микро­организмов, но пока используются другие субстраты, организмы могут трансформировать их, хотя и медленно.

К соединениям, не поддающимся трансформации микроорга­низмами, относятся синтетические полимеры и некоторые аромати­ческие углеводороды. Каждый тип окружающей среды (почвы, во­доемы и др.) обладает своей популяцией микроорганизмов. Даже в самых экстремальных условиях, при высокой температуре и низ­ком рН, существуют определенные микроорганизмы. Однако имен­но благодаря разнообразию микробных сообществ, существующих в разнообразных, в том числе в экстремальных, условиях, а также вследствие гетерогенности природных популяций многие устойчи­вые ксенобиотики могут подвергнуться деградации.

Влияние пестицидов на почвенные микроорганизмы и обез­зараживание почвы. Гербициды вносят в почву в небольших коли­чествах — от граммов до килограммов на 1 га. Водорастворимые препараты не создают в местах внесения токсичных для большинства микроорганизмов концентраций. При распылении порошков и эмульсий образуются микрозоны, в которых селекционируется микрофлора, разлагающая пестицид, но основное микронаселение поч­вы остается незатронутым. В то же время использование гербицидов несколько снижает количество гумуса по сравнению с необработанными почвами. Это объясняется тем, что гербициды уменьшают поступление в почву растительных остатков сорняков.

Обычно применяемые в практике дозировки пестицидов, как правило, не влияют на жизнь почвы. Однако иногда происходит за­держка процесса нитрификации, так как нитрификаторы очень чувствительны к различного рода сильным воздействиям. Малоустойчивы к гербицидам микроско­пические грибы и водоросли.

Несомненно, что не все микроорганизмы одинаково чувстви­тельны к определенным препаратам. Каждое химическое соединение больше всего поражает какую-то свою «мишень». Разработка этого вопроса может способствовать выявлению микробиологических пока­зателей наличия и детоксикации определенных гербицидов в почве. Одни гербициды распадаются в почве через несколько недель, другие сохраняются больше года, существуют и еще более устойчивые вещества.

Иногда происходит конденсация веществ, образующихся из гербицидов, в трудноразлагаемые сложные соединения. Некоторые гербициды (симазин и др.), а также продукты их распада образуют с гумусовыми соединениями прочные комплексы. Это задерживает процесс их детоксикации.

В отношении инсектицидов имеются данные, свидетельст­вующие о довольно быстром распаде в почве фосфорорганических соединений (полтора—четыре месяца); хлорорганические соедине­ния устойчивее.

Рассмотрим влияние пестицидов на взаимоотношения бобо­вых растений с клубеньковыми бактериями. Здесь наблюдаются значительные различия. Так, гербициды, ингибирующие фотосинтез (симазин, атразин), не действуют на образование клубеньков, но процесс азотфиксации подавляется ими вследствие недостатка ассимилятов для клубеньковых бактерий. Другие гербициды депрессируют активность находящихся в клубеньках бактерий и снижают азотфиксацию.

Таким образом, для бобовых культур следует особенно тща­тельно подбирать гербициды и желательно употреблять их в сни­женных дозах. Предпочтительнее вообще использовать для этих культур почвы, очищенные от сорняков при выращивании пред­шественников.

Протравливать семена бобовых растений целесообразно не позднее чем за две недели до посева. Заражение же посевного мате­риала клубеньковыми бактериями надо проводить в день посева.

Обработка почвы в защищенном грунте пестицидами в по­следнее время запрещена. Частично стерилизовать почву для пар­ников и теплиц можно высокой температурой (пастеризация). В та­ких случаях горячий пар вводят в почву при помощи специальных приспособлений. Многие фитопаразиты погибают при температуре 55—60 °С, в связи с чем почву пастеризуют нагреванием до 70 °С в течение 1 ч. За это время погибают грибы родов Sclerotinia и Phytophtora. Другие патогенные организмы гибнут еще быстрее. Если температура прогрева ниже 70 °С, то время прогревания увеличи­вают.