Зернам просто не обойтись без фосфора. Ожидается, что в 2019 году во всем мире будет использовано более 45 миллионов тонн фосфорных удобрений. Но только часть добавленного фосфора будет доступна для сельскохозяйственных культур.
На юге Флориды, например, «считается, что менее двадцати процентов фосфора, применяемого в качестве удобрения, поглощается растениями до того, как он становится недоступным», - говорит Мэри Тидеман, исследователь из Международного университета Флориды.
Воздействие двоякое: финансовое и экологическое. «Затраты на удобрения являются значительными для фермеров в южной Флориде», - говорит Тидеман.«И фосфорная порода, наиболее широко используемый источник фосфорных удобрений, находится в дефиците по всему миру. Считается, что ресурсы фосфорной породы будут доступны только в течение следующих 50-200 лет».
Тидеман изучает, может ли редко изучаемый процесс с участием почвенных грибов способствовать низкой доступности фосфора для растений в южной Флориде. Это исследование также может помочь понять, как землепользование влияет на грибковые сообщества в почве. Это также может помочь нам лучше понять жизненно важную динамику почвенно-фосфорного обмена.
«Вообще, грибы играют огромную роль в круговороте фосфора в почве», - говорит Тидеман. «Они могут выделять фосфор из минеральных (горные породы) и органических (разлагающихся веществ) источников. Оттуда растения поглощают выделившийся фосфор».
Но в определенных условиях окружающей среды, например, в почвах южной Флориды, грибки могут усугублять проблему недоступности фосфора. Некоторые грибы способны образовывать минералы из элементов, растворенных в почвенной воде. Этот процесс называется «биопреципитацией». Тидеман задается вопросом, могут ли грибы брать растворенный (доступный для растений) фосфор и преобразовывать его в менее доступные минеральные формы.
Почвы южной Флориды добавляют еще один слой к головоломке. «Сельскохозяйственные почвы на юге Флориды совершенно уникальны, - говорит Тидеман. «Они были созданы путем измельчения известняковой породы для создания каменистой известняковой почвы».
Известняк состоит из карбоната кальция. Когда фосфор находится в присутствии карбонатов в растворе, он образует микроскопический слой на поверхности известняка. Даже без грибков доступность фосфора в почвах южной Флориды быстро снижается.
"Со временем это покрытие может стать "семенем" для более стабильных, менее доступных форм фосфора." - говорит Тидеман.
Без высвободившегося фосфора урожай не может расти успешно. Так много фермеров в южной Флориде продолжают добавлять фосфор в почву. В продолжающемся цикле большая часть этого фосфора становится недоступной для растений. Со временем в этих почвах накопилось большое количество труднодоступного фосфора. «Некоторые сельскохозяйственные почвы в этом районе содержат в 100-200 раз больше фосфора, чем то, что присутствует в природе. Наряду с высокими концентрациями фосфора типы соединений фосфора, присутствующие в этих почвах, вызывают недоумение. кристалл, для образования которого обычно требуется сильное нагревание и давление. Одна из гипотез, лежащих в основе исследований Тидемана, заключается в том, что микроорганизмы в почве создают стабильные минералы фосфора.
Чтобы выяснить, способны ли грибы создавать минералы фосфора, Тидеман приносит грибы в лабораторию. Это позволяет ей исследовать несколько вопросов: как местные почвенные грибы реагируют на дозы доступного фосфора, живя в известняковых почвах? Способствуют ли грибы кристаллизации фосфора?
«Мы планируем анализировать образцы грибов и любые побочные продукты их роста с помощью сканирующего электронного микроскопа», - говорит Тидеман. «Это позволило бы нам на самом деле искать кристаллические формы фосфора. Это также может помочь нам лучше понять, как грибы формируют кристаллы». Однако результаты исследования не ограничиваются южной Флоридой. По оценкам, 10 процентов всех пахотных почв имеют высокое содержание карбонатов, которые ведут себя как карбонат кальция известняка. «Исследование известняковых почв южной Флориды может иметь значение, выходящее за рамки регионального масштаба», - говорит Тидеман.
"Выявление всех процессов, связанных с недоступностью фосфора в известковых почвах, будет полезно при разработке стратегий повышения эффективности использования удобрений. Это может принести большую пользу производителям и окружающей среде."