Серьезную агрономическую и экологическую проблему представляет регулирование процесса нитрификации в почвах. Приходится решать ее как в плане интенсификации этого процесса, так и в противоположном, учитывая потери самых дорогостоящих удобрений и последствия загрязнения окружающей среды нитратами и промежуточными продуктами нитрификации.

Нитрификация в почвах может протекать двумя путями. Автотрофная нитрификация осуществляется специфическими нитрифицирующими бактериями. Наиболее эффективно она протекает в почвах при хорошей аэрации, оптимальной для растений влажности, нейтральной реакции среды, в результате чего образуются нитраты и нитриты с возможным промежуточным образованием газообразных соединений азота. В последнее время установлено, что процесс нитрификации могут осуществлять и гетеротрофные почвенные микроорганизмы (бактерии, грибы). Это происходит при повышенном содержании органического вещества, слабокислой реакции и дефиците кислорода.

Помимо рассмотренных выше агротехнических средств регулирования нитрификации, которыми не всегда достигается решение этой задачи, особенно в интенсивных технологиях, применяются ингибиторы нитрификации (органические соединения из класса хлорпиридинов, пиримидинов и др.).

Применение высоких несбалансированных доз минеральных удобрений, особенно азотных, приводит к появлению ряда негативных для почвенной биоты эффектов. В кислых почвах происходит активное развитие грибов и снижение числа бактерий, повышается доля видов, способных выделять токсичные вещества, которые могут негативно влиять не только на растения, но и на беспозвоночных.

Азотные удобрения оказывают двоякое влияние на процессы фиксации атмосферного азота в почвах. В небольших дозах (до 60–70 кг/га) они способствуют повышению активности азотфиксации, а в высоких дозах снижают как симбиотическую, так и несимбиотическую азотфиксацию.

Особую проблему представляет взаимодействие почвенной биоты с пестицидами. Оно имеет два аспекта: влияние пестицидов на биоту и деградация пестицидов под влиянием почвенной биоты. И та и другая стороны проблемы пока что далеки от исчерпывающих оценок. Нередко имеют место противоречивые толкования, что связано с большим разнообразием пестицидов, условий их применения и превращения, недостатком информации.

При повышении пестицидной нагрузки почвенный микробный комплекс может претерпевать четыре стадии изменения:

в зоне гомеостаза биоцид не вызывает существенных изменений, наблюдается устойчивое колебание численности отдельных групп микроорганизмов или активности метаболических процессов около определенного среднего уровня;

в зоне стресса наблюдаются количественные изменения на уровне временного угнетения жизнедеятельности, обратимая депрессия;

в зоне изменения резистентности происходят устойчивые сдвиги, индуцирующие смену доминантных форм;

в зоне репрессии происходит разрушение микробного комплекса.

Реакция микробопеноза считается обратимой, если микробиологическая деятельность (численность и видовой состав) восстанавливается в течение 60 сут после воздействия, и необратимой, если ингибирование отдельных форм микроорганизмов более чем на 50% сохраняется до конца вегетационного периода.

Нарушение цикла в развитии отдельных групп микроорганизмов в течение 30 дней при любых стрессовых ситуациях расценивается как нормальное, естественное явление.

Рассматривая с этих позиций данные о влиянии на почвенные микробоценозы интенсивных технологий возделывания полевых культур с длительным (5-8 лет) и систематическим применением современных пестицидов, можно отметить, что изменения численности и активности основных групп микроорганизмов находятся в основном в пределах гомеостаза, реже – выходят в зону стресса. Однако имеется и другая точка зрения, согласно которой последствия применения пестицидов характеризуются выпадением наиболее чувствительных видов.

Опасные нарушения равновесия микробных ценозов возникают из-за высоких концентраций пестицидов вследствие нарушения технологий. Наиболее чувствительны к воздействию пестицидов микроводоросли, нитрификаторы, азотфиксаторы, деструкторы целлюлозы, симбионты. Эти организмы можно рассматривать в качестве индикаторов.

Другой аспект проблемы связан с интенсификацией очищающей способности почвенной биоты по отношению к пестицидам, большинство которых являются ксенобиотиками, т.е. чужеродными соединениями, ранее не присутствовавшими в биосфере. Они могут быть разрушены только микроорганизмами.

Способность к трансформации и детоксикации пестицидов показана для многих форм микроорганизмов. Наиболее велика в этом отношении роль бактерий, затем актиномицетов и грибов. Особое значение принадлежит микроорганизмам ризоплана. Соединения, которые в условиях чистой культуры микробов не подвергаются деградации, в природе все-таки деструктурируются микробиологическим путем вследствие кооперативного воздействия. Из всех групп пестицидов наиболее легко разлагаются гербициды, с наименьшей скоростью – фунгициды.

При необходимости остаточное токсическое действие пестицидов в почве можно продлить, если одновременно с ними вносить ингибиторы микробиологической активности.

Для разложения пестицидов в почве требуется сочетание определенных экологических условий (аэрации, температуры, реакции среды, наличия органического вещества и др.). Нередки случаи, когда необходимо вмешательство человека в естественные процессы очищения почвы. Это достигается в основном путем создания оптимальных условий для микроорганизмов-деструкторов. В особых случаях возможна инокуляция почвы некоторыми их видами. Поиск микроорганизмов-деструкторов ведется давно, их выделяют из природной среды либо конструируют генно-инженерными методами. Технологии ликвидации высокого уровня загрязнения почвы пестицидами в результате различных экстремальных ситуаций с помощью микроорганизмов-деструкторов пока еще не разработаны, но успешные примеры их применения имеются.

Большое и разнообразное влияние на развитие микробов могут оказывать тяжелые металлы. Низкие их дозы часто активизируют жизнедеятельность почвенных микроорганизмов и интенсивность биологических процессов, а высокие дозы подавляют. Под влиянием загрязнения тяжелыми металлами изменяется структура сообществ микроорганизмов, в частности увеличивается разнообразие грибов, повышается роль видов с выраженным фитотоксическим действием на прорастание семян и развитие растений. Отмеченные изменения наиболее существенно проявляются на мало-гумусных малобуферных почвах.

Из других групп почвенных организмов, играющих важную роль в формировании почвенного плодородия, особого внимания заслуживают дождевые черви. В условиях достаточного увлажнения их вклад в почвообразование соизмерим с деятельностью почвенной микрофлоры. Влияние дождевых червей на продуктивность агроценозов изучено довольно широко. Они составляют наибольшую долю в биомассе почвенного зоонаселения и выделяются среди других видов размерами, продолжительным циклом жизни и активностью. В гумидных районах от тундры до лесостепи 30–90% зоомассы составляют дождевые черви. Численность дождевых червей колеблется от нескольких десятков до нескольких сотен на 1 м2. Они живут 3–5 лет, а некоторые виды – до 10 лет. При высокой активности они мигрируют глубже многих других почвенных животных, некоторые виды проникают на глубину 1,5–2,0 м. Дождевые черви перемешивают слои почвы, прокладывают много ходов диаметром 3–7 мм, содействующих аэрации почвы, проникновению в нее влаги и корней.