Обычно альтернативой синтетическим азотным удобрениям являются навоз или компост, однако, они имеют низкое содержание азота и должны применяться в больших количествах, чтобы обеспечить количество азота, сравнимое с минеральными удобрениями. Это может привести к увеличению электропроводности (показатель засоленности) почвы, вызывать солевые ожоги и токсичность для растений. Исследователи предложили новый вариант органической подкормки с высоким содержанием азота.
В новом исследовании, опубликованном в журнале Sustainable Agriculture, сообщается, что биомасса, полученная из пурпурной фотосинтетической морской бактерии Rhodovulum sulfidophilum, является отличным азотным удобрением.
Исследование, проведенное под руководством Кейджи Нуматы из Центра наук об устойчивых ресурсах RIKEN (CSRS) и Киотского университета, показывает, что эта биомасса так же эффективна, как обычные неорганические синтетические удобрения, но позволяет избежать ряда побочных эффектов, наносящих вред окружающей среде.
Увеличение использования азотных удобрений, как ожидается, возрастет на 50 процентов в ближайшие десятилетия по мере роста глобального спроса на продовольствие. Вместе с тем как у синтетических, так и у органических азотных подкормок есть ряд недостатков, поэтому исследовательская группа биомакромолекул в RIKEN CSRS ищет природный источник азота, который может заменить синтетические удобрения на основе аммиака и работать более эффективно по сравнению с навозом или компостом.
В последнее время микробы привлекли внимание как удобрения медленного действия из-за высокого содержания в них азота. Так, пурпурные несерные бактерии (PNSB) являются фотомиксотрофными бактериями, которые могут получать углерод либо из CO 2 (автотрофия), либо из органических соединений углерода (гетеротрофия).
Некоторые виды PNSB также обладают одной или несколькими нитрогеназами, которые катализируют фиксацию N 2 (химическая формула азота) и, таким образом, являются сильными кандидатами на восстановление и рециркуляцию N 2 в сельском хозяйстве. PNSB также накапливает широкий спектр полезных для растений метаболитов, включая каротиноиды, полигидроксиалканоаты и витамины. Было показано, что применение PNSB в качестве бактериальных инокулянтов, способствующих росту растений, улучшает общее состояние растений и устойчивость к стрессу благодаря присутствию этих соединений, но до сих пор никто не проверял их эффективность в качестве удобрений.
Чтобы создать удобрение PNSB для нового исследования, команда использовала лизированную и высушенную бактериальную биомассу (обработанную биомассу или PB), полученную из Rhodovulum sulfidophilum (ATCC 35886), морского аноксигенного грамотрицательного PNSB, в качестве нового типа микробного удобрения. Анализ биомассы показал, что содержание азота составило 11% по массе - это намного выше, чем в других органических удобрениях, включая биомассу, полученную из других микробов или микроводорослей.
Исследователи сравнили, насколько хорошо растет японская горчица-шпинат комацуна при использовании либо неорганических удобрений, либо нового удобрения из биомассы PNSB. Первым важным открытием стало то, что горчичный шпинат действительно может поглощать азот из высушенной биомассы.
Дальнейшие эксперименты показали, что удобрения из биомассы стимулировали рост растений так же, как и богатые азотом неорганические удобрения, как при низких, так и при высоких температурах. Вдобавок ко всему, даже когда удобрение из биомассы содержало в четыре раза больше азота, pH и засоленность почвы оставались нормальными, как и в почве без азота.
Удобрение из биомассы PNSB имеет низкое соотношение углерода и азота, и азот высвобождается для использования растениями относительно медленно по сравнению с неорганическими удобрениями — около 60% за 30 дней. Хотя это означает, что для аналогичного роста сельскохозяйственных культур потребуется в два раза больше удобрений из биомассы этих бактерий, большим плюсом является то, что выбросы углекислого газа и закиси азота будут ниже, а в окружающую среду в результате выщелачивания будет сбрасываться меньше азота.
«В долгосрочной перспективе это может произвести революцию в сельском хозяйстве и смягчить его негативное воздействие на окружающую среду. Хотя базовые эксперименты доказывают эффективность удобрений из этой бактериальной биомассы, оценка жизненного цикла этого удобрения будет иметь важное значение для оценки его воздействия на окружающую среду при производстве, хранении, применении, транспортировке и утилизации. Кроме того, необходимо рассмотреть вопрос о том, как расширить процесс производства биомассы, а также установить срок хранения», - пояснил Нумата.
Исследователи надеются, что эти проблемы вскоре будут решены. Поскольку удобрение из бактериальной биомассы производится с использованием углекислого газа и азота из воздуха, они назвали его Air Fertilizer и зарегистрировали для использования в качестве органического удобрения в Японии как продукт, продаваемый Symbiobe Inc.
Источник и фото: RIKEN.