Исследователи разработали более простой и экономичный метод измерения биологически активной важной формы фосфора в почве, что позволяет получить новые данные о круговороте питательных веществ и может способствовать улучшению устойчивого управления сельским хозяйством.
Фосфор — важнейший питательный элемент для роста растений и мирового производства продуктов питания, однако его природные запасы ограничены. Понимание того, как фосфор накапливается, трансформируется и становится доступным в почве, имеет решающее значение для поддержания плодородия почвы и снижения негативного воздействия на окружающую среду.
В исследовании, опубликованном в журнале Journal of Agricultural and Marine Sciences, международная исследовательская группа, в состав которой вошли ученые из Университета Султана Кабуса, Института Джеймса Хаттона, Управления по охране окружающей среды Омана и других организаций, оптимизировала лабораторный метод измерения фосфора, связанного с ДНК (DNA-P), в почве, исключая дорогие ферменты и сохраняя критический этап ультрафильтрации для обеспечения точности. Применение метода к 32 типам почв Великобритании показало его эффективность для измерения живой микробной биомассы и корреляцию с pH и доступным фосфором, предлагая сельскому хозяйству доступный инструмент контроля здоровья почвы.
В почве фосфор находится в самых разных химических формах, но в данной научной статье речь идет о конкретной и очень важной его части — органическом фосфоре, который заперт внутри молекул ДНК живых почвенных микроорганизмов (бактерий и грибов).
Обычно агрономы измеряют минеральный (доступный) фосфор. Это простые химические соединения.
В статье речь идет о фосфоре почвенной ДНК (DNA-P). Микробы (бактерии, грибы, простейшие) составляют огромную живую массу в почве. Внутри каждого микроба есть ДНК, а как мы уже выяснили, «каркас» ДНК полностью состоит из фосфора. Такой фосфор называют микробиологическим или скрытым пулом фосфора. Растения не могут забрать его напрямую, пока микроб жив. Это как «вклад в банке»: когда микроб погибает и разлагается, фосфор из его ДНК высвобождается и становится питанием для растений.
Количество фосфора в ДНК — маркер здоровья и активности почвы. Чем больше фосфора, связанного с ДНК, находят ученые, тем больше в почве полезных живых микробов. Это позволяет понять, сколько органического фосфора накопила почва «на будущее» и сможет ли она сама прокормить растения без внесения лишних химических удобрений.
«Хотя биологически активный фосфор составлял лишь небольшую долю от общего органического фосфора в почве, его концентрация была тесно связана с pH почвы, содержанием фосфора в микробной биомассе, содержанием органического вещества и фосфором, растворенным в почвенной воде. Эти взаимосвязи позволяют предположить, что ДНК-фосфор тесно связан с живыми почвенными микроорганизмами, а не с долгосрочными, стабильными запасами фосфора», поясняют исследователи.
Раньше, чтобы измерить этот «фосфор из ДНК», ученым приходилось использовать очень дорогие ферменты (ДНКазы), которые разрушали ДНК в лаборатории для анализа. Авторы статьи придумали, как обойтись без этих ферментов с помощью обычной физической фильтрации (ультрафильтрации). Метод стал дешевым, и теперь его можно применять массово на полях Великобритании (и всего мира), чтобы фермеры не переплачивали за покупные фосфорные удобрения, если в почве и так полно живых микробов с богатой ДНК.
Полученные результаты предоставляют исследователям усовершенствованный инструмент для изучения биологически активного фосфора в почве и открывают новые возможности для лучшего понимания того, как микробные сообщества способствуют доступности питательных веществ для растений.
В условиях растущего давления на мировое сельское хозяйство с целью более эффективного использования фосфорных ресурсов, новый метод может поддержать будущие исследования в области плодородия почв, управления питательными веществами и устойчивых систем производства продуктов питания.
Источник: Journal of Agricultural and Marine Sciences.