Фосфор (P) является жизненно важным макроэлементом для питания и роста растений, влияющим на метаболические процессы, развитие клеток, перенос энергии, фотосинтез и дыхание и т. д. Это питательное вещество извлекается из невозобновляемых минеральных ресурсов, что делает его одним из самых ограничивающих элементов для производства сельскохозяйственных культур во всем мире.
Кроме того, эффективность фосфорных удобрений значительно ограничивается почвенными процессами, такими как сорбция и осаждение, при этом только 0,1% от общего количества фосфора доступно для усвоения растениями. В результате чрезмерное использование фосфорных удобрений значительно возросло за последние годы для обеспечения адекватного снабжения урожая фосфором, что вызывает опасения относительно долгосрочной устойчивости этого ресурса.
Устойчивым решением стало извлечение и переработка этого питательного вещества из сточных вод в качестве замены обычных удобрений. В этом контексте струвит (MgNH 4 PO 4 ·6H 2 O) представляет собой осадок фосфата, аммония и магния, который оказался эффективным удобрением с содержанием P (около 12% сухого веса), сопоставимым с содержанием P в фосфоритной руде или других распространенных химических удобрениях (от 7 до 18% сухого веса) и высокой чистотой (94–98%).
Одна из его ключевых характеристик фосфорного струвита - его низкая растворимость в воде (1-5%), что делает его возможным удобрением с медленным высвобождением, способным сократить потерю питательных веществ за счет выщелачивания, что желательно для более эффективного использования P растениями.
Тем не менее, низкая растворимость струвита, особенно в почвах с высоким pH (~8,5), может привести к слишком медленному высвобождению P, что негативно повлияет на рост растений из-за фосфорного дефицита и снижения фотосинтеза соответственно.
Хотя было показано, что струвит столь же эффективен, как и обычные удобрения в долгосрочной перспективе, механизмы его растворения и высвобождения питательных веществ могут зависеть от таких факторов, как тип почвы (кислая или щелочная), вид растения, размер частиц и норма внесения и т. д. Таким образом, доступность P в почве напрямую влияет на урожайность сельскохозяйственных культур, а использование эффективных альтернатив для растворения фосфора является темой для научных работ. Инокуляция микроорганизмами привлекла внимание как жизнеспособная и экологически чистая практика.
В частности, среди большой группы микроорганизмов, способствующих росту растений (PGPM), можно выделить фосфат-растворяющие микроорганизмы (PSM), которые могут применяться в качестве биоинокулянтов из-за их способности стимулировать рост растений посредством растворения органических или неорганических источников P.
Некоторые бактерии, грибы, цианобактерии, микоризные грибы и актинобактерии способствуют минерализации органического и растворению неорганического фосфора, который в противном случае недоступен для растений.
Дрожжи играют ключевую роль в растворении P посредством различных биологических механизмов, таких как выработка органических кислот, высвобождение ферментов фосфатазы и выработка внеклеточных полисахаридов. Эти процессы помогают увеличить доступность этого важного питательного вещества в почве, облегчая его усвоение растениями.
В эту группу входят дрожжи Naganishia albida, ставшие предметом оценки инокуляции на растворимость и биодоступность струвитного фосфора и его влияния на рост и развитие салата (Lactuca sativa L.).
Исследование проводили ученые Центра водных исследований для сельского хозяйства и горнодобывающей промышленности (CRHIAM) в сотрудничестве с коллегами из Университета Консепсьона, Университета Ла Фронтера, Университета Тальки и специалистами Лаборатории стрессовой физиологии растений Центра перспективных исследований в области плодоводства (Centro de Estudios Avanzados en Fruticultura (CEAF)).
Осадки фосфора были получены на очистных сооружениях сточных вод Мапочо-Требаль в Сантьяго, Чили. На этом предприятии используется традиционная технология активированной очистки вместе с термическим гидролизом ила и традиционным мезофильным анаэробным сбраживанием, с двумя основными технологическими линиями: очистка воды и очистка ила. На линии очистки воды неконтролируемое образование осадков в трубах вызвало засорение, что повлияло на эффективность процесса. В результате эти осадки считались отходами и были доступны для анализа в этом исследовании. Образцы струвита промывались дистиллированной водой для удаления примесей и растворимых солей. Твердые образцы высушивались при 105 °C в течение 24 часов, а затем просеивались через сито 150 мкм.
Целью, как указано выше, была оценка влияния инокуляции дрожжами Naganishia albida фосфорного струвита на биодоступность для салата, для сравнения взят тройной суперфосфат (TSP) и контроль без удобрений.
Удобрение инокулированным струвитом улучшило усвоение N и P на 14–28% и 12–27% соответственно по сравнению с TSP и увеличило растворимый в почве P на 50% больше, чем TSP, и на 186% больше, чем контроль.
Инокуляция снизила окислительный стресс на 40–44%, улучшила рост растений на 28% с помощью струвита и на 7% с помощью TSP, а также увеличила активность кислой фосфатазы на 52,7% и 78,1% соответственно, улучшив биодоступность питательных веществ.
Кроме того, сочетание удобрения и дрожжей имело синергетический эффект, увеличивая активность фермента фосфатазы до 1,8 раза.
Результаты подчеркивают потенциал сточного струвита как кругового удобрения и эффективность интеграции удобрения с микроорганизмами для повышения эффективности сельского хозяйства, снижения воздействия на окружающую среду и содействия устойчивому управлению в рамках круговой экономики.
По статье группы авторов (Валентина Каррильо, Родриго Перес, Фелипе Гонсалес, Кристиан Сантандер, Антониета Руис, Эдуардо Хольцапфель, Пабло Корнехо, Глэдис Видал), опубликованной в журнале Agronomy 2025 на портале MDPI.
Заглавное фото: Лукьянов Дмитрий, AgroXXI.ru.
