В почве фосфор часто находится в твёрдых, нерастворимых соединениях. Корни не могут впитать его в таком виде, чтобы это произошло, элемент должен быть в доступной (растворимой) форме, а в малорастворимой форме (в виде соединений с кальцием, алюминием или железом) он не усваивается корнями растений. В дикой природе эту проблему успешно решают микроорганизмы, живущие прямо на корнях: бактерии и грибы выделяют органические кислоты, которые растворяют твёрдые частицы. Так фосфор высвобождается и в растворимом виде передаётся растению.

Однако на сельскохозяйственных полях после многолетней обработки таких полезных микробов остается мало, поэтому культурным растениям приходится помогать искусственно — с помощью фосфорных удобрений.

Но и удобрения не идеальны. Внесённый фосфор быстро реагирует с глиной, алюминием, железом или кальцием (эти вещества в избытке содержатся в большинстве почв) и снова превращается в форму, недоступную для корней. Происходит это потому, что фосфор вступает в реакцию, образуя прочные твёрдые соли, не растворяющиеся в воде. В результате полезное действие удобрений не превышает 20–30%, а остальное так и остаётся в почве бесполезным грузом.

Чтобы хоть как-то компенсировать эти потери, фермеры вынуждены вносить удобрений гораздо больше, чем реально нужно растениям. Этот избыток может попадать в грунтовые воды, в закрытые и открытые водоемы.

Попадая в воду, фосфор снова работает как удобрение, но уже для водорослей. В реках и озёрах нерастворимые в почве соединения постепенно становятся доступными — здесь другие химические условия, к тому же сами эти организмы способны добывать элемент из твёрдых соединений в отличие от корней наземных растений.

Водоросли начинают быстро размножаться, и через несколько дней водоём покрывается плотной зелёной плёнкой. Это явление называют «цветением». Особую опасность представляют сине-зелёные цианобактерии. В процессе жизнедеятельности они выделяют токсины, которые блокируют передачу нервных сигналов у рыб и других водных животных, вызывая паралич и удушье. Люди при контакте с такой водой получают дерматиты и высыпания, а случайное заглатывание может привести к тяжёлому отравлению. Поэтому купаться в «цветущем» водоёме опасно для здоровья.

Чтобы предотвратить цветение, нужно удерживать фосфор на полях в доступной для растений форме. Учёные Пермского Политеха разработали для этого жидкую бактериальную добавку к фосфорным удобрениям. Входящие в неё микроорганизмы переводят нерастворимые соединения в легкоусваиваемую корнями форму. Основой стала культура, выделенная из прикорневой зоны кукурузы. Ранее жидких биопрепаратов на основе таких микроорганизмов не существовало — разработка пермских учёных первая в России.

Преимущество именно жидкой формы ещё и в удобстве внесения: её можно смешивать с водой для полива или использовать в системах капельного орошения. Порошковые и сухие аналоги требуют дополнительных операций и часто менее эффективны.

Чтобы найти подходящие микроорганизмы, исследователи сначала взяли образцы почвы из разных мест: с засоленной земли, а также из прикорневой зоны пшеницы, гороха и кукурузы. Из этих образцов выделили четыре группы микробов, способных растворять соли фосфора. Лучший штамм оказался именно из кукурузы — его и отобрали для дальнейшей работы.

— Для проверки эффективности бактерии поместили в питательную среду, где единственным источником фосфора был нерастворимый осадок — фосфат кальция — аналог того, что годами накапливается в почве. Через семь суток измерили концентрацию доступного фосфора. Разработанный нами добавка высвободила 630,5 мг/л.  Для сравнения: существующие на российском рынке жидкие биопрепараты на основе других бактерий в тех же условиях показывают только 483 мг/л. То есть наш препарат эффективнее на 30,5%, — рассказывает Дарья Нестерова, магистрантка кафедры химии и биотехнологии ПНИПУ.

У разработанной учеными добавки есть дополнительный эффект: входящие в неё микроорганизмы не просто помогают в усвоении фосфора, они выделяют стимуляторы роста, участвующие в регуляции роста и развитии растений. В экспериментах после применения корень пшеницы вырос на 28%, у редиса — на 13%. Надземная часть прибавила 7% и 16% соответственно. Таким образом, средство не только решает проблему недоступного фосфора, но и делает растения сильнее с самого начала — без лишних затрат.

— Добавку предполагается вносить в поле вместе с удобрениями. Бактерии поселятся вокруг корней и будут постоянно превращать связанный, недоступный фосфор в растворимую форму. Это позволит сократить потребность в традиционных фосфорных удобрениях на 30–50%. Фермеры смогут меньше тратить на подкормку, а избыток фосфора перестанет попадать в водоемы, тем самым, уменьшится вероятность цветения пресной воды, — объясняет Юлия Кузнецова, доцент кафедры химии и биотехнологии ПНИПУ, кандидат технических наук.

Чтобы добавка не оказалась слишком дорогой для сельхозпроизводителей, учёные предусмотрели вариант удешевления производства. Обычно бактерий выращивают на чистой глюкозе, но её можно заменить отходами сахарной промышленности — мелассой. Себестоимость одного литра добавки на глюкозе — около 100 рублей, на мелассе — около 87 рублей.  Кроме того, технология получения добавки построена по принципу замкнутого цикла: вода, используемая при выращивании бактерий, не сбрасывается в канализацию, а очищается и возвращается в производство. Это снижает нагрузку на окружающую среду.

В конце XIX века Лондон был мировым центром производства спичек. На фабриках, таких как знаменитая Bryant & May, трудились тысячи молодых девушек, в основном ирландских иммигранток. По 14 часов в день, шесть дней в неделю они стояли в тесных, плохо проветриваемых цехах, выполняя монотонную работу: макали деревянные палочки в чаны с белым фосфором. Этот химикат был дешев, эффективен и невероятно токсичен. Его пары пропитывали воздух, оседали на волосах, одежде и еде, которую девушки ели прямо на рабочих местах.

Яд проникал в организм медленно и неотвратимо, выбирая своей целью самое уязвимое место — челюстную кость, часто через кариозные зубы. Врачи назвали это состояние "Phossy Jaw", или фосфорный некроз. Все начиналось с мучительной зубной боли. Затем десны опухали, образовывались гнойные абсцессы, и зубы начинали выпадать. Но худшее было впереди. Челюстная кость начинала буквально отмирать изнутри.

Процесс сопровождался невыносимой болью и отвратительным запахом гниения. А затем проявлялся тот самый жуткий побочный эффект — хемилюминесценция. Отмирающая кость, насыщенная фосфором, начинала светиться в темноте. Единственным "лечением", которое могли предложить хирурги того времени, было полное удаление пораженной кости.

Операция была жестокой. Пациентке целиком вырезали нижнюю челюсть, оставляя ее изуродованной на всю оставшуюся жизнь. Без части лица, неспособная нормально питаться, она становилась социальным изгоем.

Самое циничное в этой истории то, что трагедии можно было избежать. Уже тогда существовал безопасный аналог — красный фосфор. Он не был токсичным и не вызывал некроз. Но он стоил дороже. Владельцы фабрик, считая каждый пенни, сделали свой выбор.

Они посмотрели на цифры и решили, что здоровье и лица их работниц — это приемлемый расходный материал в погоне за прибылью. Эта история достигла своей кульминации в 1888 году во время знаменитой "Забастовки спичечниц", когда женщины, доведенные до отчаяния, наконец, восстали против нечеловеческих условий. Но до этого момента тысячи жизней были искалечены во имя дешевизны одного коробка спичек.

Товарищи, не забываем, что внесение осенних удобрений в средней полосе мы начинаем проводить еще летом, в середине августа. Элементам питания еще нужно время, чтобы усвоиться. Но даже если вы не успели сделать это вовремя, можете сделать это в первой половине сентября