27 марта 2016г.
Обязательное условие создания и управления устойчивыми высокопродуктивными агросистемами в адаптивно-ландшафтном земледелии – это высокий уровень качественного состояния почвы, оптимальное минеральное питание, обеспечивающие реализацию биологического и адаптивного потенциала растений.
Главным механизмом, осуществляющим процессы минерализации – синтеза органического вещества, превращения соединений азота и фосфора, являются почвенные микроорганизмы /1/, поэтому знание закономерностей, особенностей протекания биологических процессов приобретает существенное значение /2,3/.
Микробиологические характеристики необходимы и очень показательны при оценке плодородия почв. В настоящее время существует мнение, что при использовании почв необходимо иметь, наряду с агрохимической, и микробиологическую характеристику почв /4,5,6/.
Агротехнические и агрохимические воздействия отражаются на свойствах почвы и ее микробном населении, изменяют состав и интенсивность жизнедеятельности микроорганизмов, определяют направленность минерализации и синтеза органических соединений. Экспериментальные данные некоторых авторов /7/ показали, что связь между содержанием гумуса в почве и ее биологическими свойствами настолько тесная, что есть основания говорить о функциональной зависимости между ними. В агроценозах идет постоянное отторжение с урожаем биомассы, то есть органического вещества и элементов питания. Для того, чтобы не произошла деградация почвы, необходим подбор мероприятий, компенсирующих потери, сохраняющих равновесие между процессом минерализации и синтеза органического вещества.
Микробные сообщества в хорошо развитой, плодородной почве, находясь в состоянии устойчивого равновесия, обладают способностью сохранять свои внутренние взаимосвязи /8,9/.
Для большинства почв Сахалина характерна большая мобильность численности и биохимической активности микроорганизмов в течение года. Следствием этого является высокая подвижность содержания азотных веществ и углерода. В лугово-дерновых почвах, составляющих основной пахотный фонд области, процессы минерализации – синтеза более стабильны, но устойчивость микробного комплекса и органического вещества при сельскохозяйственном использовании изучена еще недостаточно /10/.
Реакция почвенной среды и состояние поглощающего комплекса лугово-дерновых почв по силе своего воздействия на рост и развитие растений, жизнедеятельность почвенной микрофлоры зачастую выступают на первое место. Этим определяется важность проблемы регулирования почвенной кислотности.
Отрицательное влияние кислотности почвы проявляется на превращении и подвижности макро- и микроорганизмов, как содержащихся в почве, так и вносимых с удобрениями; накоплении и превращении органических соединений. Химическая мелиорация кислых почв способствует увеличению почвенного микронаселения и активизации в них различных микробиологических процессов.
Для оценки комплексного воздействия известкования и различных доз и форм удобрений на микрофлору почвы необходимо изучение реакции отдельных компонентов микробной системы, определение методов биоиндикации возникающих изменений /11/.
В условиях стационарного опыта изучение влияния различных систем удобрений и способов обработки почвы на интенсивность и направленность микробиологических процессов проводится с 1990 года.
В 2005 году начались исследования по влиянию известкования в комплексе с различными дозами удобрений на деятельность почвенной биоты.
Известкование оказало заметное влияние на микробоценоз почвы. Внесение мелиоранта способствовало повышению общей численности, активизации жизнедеятельности микроорганизмов в почве каждой временной закладки. Несмотря на высокую численность основных трофических групп в вариантах с известкованием, не наблюдалось сбалансированности процессов трансформации азота и углерода. Снижение коэффициентов педотрофности свидетельствовало об уменьшении содержания в почве подвижных органических веществ. Поскольку стандартный срок действия известкования устанавливается в 6-12 лет, необходимо выявить срок действия и степень влияния извести в условиях сформировавшихся и изменяющихся агрохимических фонов в стационаре.
Почва участка лугово-дерновая среднесуглинистая старопахотная. Ее агрохимические показатели на начало 3-й ротации были следующими: pH 3,8-4,2; Нг 9,2-10,9 мг-экв., содержание обменного алюминия – 7,4- 12,4 мг на 100 г почвы, минерального азота (NO3 + NH4) – 6,4-7,0, подвижного фосфора – 272,0-542,5, обменного калия – 95,8-111,9 мг на 1 кг почвы.
Базовая одинарная доза NPK под все культуры, за исключением повторного посева однолетних трав (30 N), составляла 60N108PK кг/га д.в. В соответствии со схемой опыта эти дозы подвергались удвоению и утроению и накладывались на уже сформированные в течение 2-х предыдущих ротаций фоны.
В опыте применяли диаммофоску (9% N: 25%PK), аммиачную селитру и KCl – наиболее распространенные виды минеральных удобрений в областном земледелии.
Известкование проведено в расчете на 1 ГК (12,6 т/га): 2005-2007 гг. и в 2010 г. в 3-й закладке + 20 и 40 т/га навоза.
Для учета численности микроорганизмов применялся метод посева на твердые питательные среды разного состава, разработанный в отделе почвенных микроорганизмов Института микробиологии РАН. В работе использовали следующие среды: мясо-пептонный агар (МПА), крахмало-аммиачный агар (КАА), почвенный агар (ПА), среда Мишустиной, среда Пушкинской.
Последействие мелиоранта выразилось в изменении численности разных популяций микроорганизмов. Микробный ценоз в большинстве исследуемых вариантов богат и отличался разнообразием форм.
Численность микроорганизмов, использующих в своем питании органический азот значительно колеблется по вариантам (6,8-20,4 млн./г), достигая максимума 22,7 млн./г почвы в варианте с последействием навоза (доза 40 т/га).
Произошло постепенное уменьшение количества азот-усваивающих бактерий.
Численность бактерий, использующих неорганический азот (КАА) увеличилась по сравнению с 2010 годом. Наиболее высокие значения отмечены в почве варианта с 1NPK+известь (42,5 млн./г) и 3NPK (35,6 млн./г). Микроорганизмы, усваивающие минеральные формы азота (нитрификаторы) заметно превосходили численность аммонификаторов в почве всех исследуемых вариантов. Усиление минерализационных процессов подтверждено коэффициентами минерализации (КАА/МПА). Наиболее интенсивная минерализация отмечена в
почве контрольного варианта (КАА/МПА ~3,3) и при последействии тройной дозы NPK (КАА/МПА ~ 3,8).
Содержание олигонитрофилов изменялось в пределах 12,1-37,8 млн./г почвы. Наиболее высокие значения отмечены при внесении навоза (40 т/га – п/д) – 40,2 млн./г
Олигонитрофильные бактерии играют существенную роль в азотном балансе почвы, наравне с микроорганизмами, использующими органический и неорганический азот.
Низкая олигонитрофильность (коэффициенты Миш./МПА~1,0-2,5) свидетельствовала о недостатке минерального азота.
Численность почвенных грибов характеризовалась высокими значениями. Наибольшее количество микроорганизмов отмечалось в варианте с внесением навоза (40 т/га п/д). Микромицеты представлены родами: Penicillium, Trichoderma, Cladosporium, Mortierilla, Mucoschaetomium, Gliocladium, Fusarium.
Грибы родов Penicillium, Trichoderma, Fusarium, Cladosporium, Chaetomium обладают всем комплексом целлюлолитических ферментов и осуществляют многоступенчатый процесс разложения целлюлозы.
Целлюлолитическая активность микроорганизмов была невысокой из-за недостатка свободного азота.
Несмотря на большое видовое разнообразие миромицетов, многие из них находятся в неактивном состоянии, преимущественно в виде спор, составляя общий микробный пул почвы.
Благоприятные изменения в составе микрофлоры почвы наблюдались при совместном внесении органических и минеральных удобрений. Качественный состав спороносной микрофлоры стал более сходен с составом бацилл в почве в начале закладки стационарного опыта: в 1,5 раза повысилась общая численность спорообразующих бактерий, особенно р. Bac. subtilis, появились бациллы рода Bac. megatherium.
Из аммонифицирующих бактерий споровые формы основных 5 видов бацилл Bac. cerius, Bac. micoides, Bac. virgulus, Bac. subtilis, Bac. megatherium составили 10-30 %. Большой удельный вес спорообразующих бактерий среди почвенного микронаселения характерен для хорошо окультуренных почв и указывает на интенсивно идущие минерализационные процессы.
Наибольшее разнообразие состава бацилл наблюдали при совместном внесении мелиоранта, органики (40 т/га п/д) на фоне двойной дозы минеральных удобрений. Доминирующее положение в бактериальном комплексе занимали бактерии рода Bac. megatherium. Они составляли 25 % суммарного содержания споровых бактерий.
В почве вариантов с одинарными дозами минеральных удобрений, органикой (20 и 40 т/га п/д) известкование не способствовало улучшению видового разнообразия бацилл. Доминировали (до 85 %) Bac. micoides, Bac. virgulus – представители бацилярного населения слабоокультуренных почв.
Интенсивное развитие микробиологических процессов при внесении органо-минеральных удобрений и извести (п/д) влияло на содержании подвижных и водорастворимых фракций органического вещества. Наиболее значительное образование водорастворимых форм гумуса наблюдалось в вариантах с навозом 20 т/га (п/д)+1NPK и 20 т/га (п/д)+2NPK. Это подтверждалось высокими коэффициентами педотрофности (ПА/МПА = 3,4-3,6).
В вариантах без органических удобрений (NPK, известь) содержание водорастворимых форм гумуса было значительно ниже.
Наиболее благоприятный микробиологический режим со сбалансированными процессами трансформации азота и гумуса складывался при использовании извести (п/д) с органо-минеральной системой 20 т/га навоза (п/д)+2NPK.
Таким образом, последействие мелиоранта оказывало влияние на структуру микробного сообщества.
Улучшился качественный состав бациллярного населения. Наибольшее разнообразие спороносной микрофлоры, актиномицетов отмечено при совместном внесении извести, 40 т/га навоза, двойной дозы минерального удобрения (п/д).
Внесение извести, органики поддерживало энергетические потребности гетеротрофной части микробоценоза, в связи с чем микробная система находилась в активном состоянии.
Интенсивный рост микроорганизмов, развивающихся за счет минеральных форм азота, обусловливал уменьшение содержания подвижных и водорастворимых форм органического вещества
Наиболее благоприятный микробиологический режим, способствующий сбалансированности процессов трансформации азота и углерода, складывался при использовании извести (п/д) с органо-минеральной системой 20 т/га навоза+2NPK (п/д).
Список литературы
1. Мишустин, Е.Н. Ассоциации почвенных микроорганизмов /Е.Н. Мишустин. – М.: Наука, 1975. – 175 с.
2. Звягинцев Д.Г. Почва и микроорганизмы /Д.Г. Звягинцев. – М.: Из-во МГУ, 1987. – 256 с.
3. Звягинцев, Д.Г. Современные проблемы экологии почвенных микроорганизмов /Д.Г. Звягинцев //Эффективность мелиоративных и агрохимических приемов повышения производительности почв: Сб. науч. тр. – Изд-во АН каз. ССР, 1980. – Т. 26 – С. 65-78.
4. Андреюк, Е.И. Почвенные микроорганизмы и интенсивное землепользование /Е.А. Андреюк, Г.А. Кутинская, А.Н. Дульгеров. – Киев.: Наукова думка, 1988. – 192 с.
5. Клевенская, И.Л. К вопросу о применении некоторых микробиологических тестов для оценки свойств почвы /И.Л. Клевенская //Проблемы и методы биологической диагностики и индикации почв. – М.: Наука, 1975. – С. 250-260.
6. Купречинков, М.Г. Мониторинг динамики потенциального плодородия почв при различном уровне культуры земледелия /М.Г. Купречинков, В.И. Каргальцев Ю.В. Кузьминых // Эффективность мелиоративных и агрохимических приемов повышения производительности почв: Сб. науч. тр. Ставрополь, 1490.
7. Кауричев, И.С. Проблема гумуса пахотных почв при интенсивном земледелии /И.С. Кауричев, Р.М. Лыков //Почвоведение.- 1979.-№ 12. – С. 5-14.
8. ТенХак, Мун. Формирование устойчивого микробного сообщества в почве и антропогенное воздействие /ТенХак Мун //Структура и функции микробных сообществ почв с различной антропогенной нагрузкой: Тез.докл. респ. конф. – Киев: Наукова думка, 1982. – С. 16-19.
9. Данилов, Н.И. Функциональные показатели нарушения равновесия экологических систем. /Н.И Данилов //В кн.: Биологические методы оценки природной среды. – М.: Наука, 1978. С. 181-189.
10. Федорова, Л.В. Микробиологические процессы и биологическое равновесие в почвах долин Сахалина /Л.В. Федорова //Биологические проблемы Севера. Почвоведение, агрохимия, мелиорация: Тез.докл. – Петрозаводск, 1978. – С. 143-145.
11. Миненко, А.К. Микрофлора как показатель эффективности окультуривания подзолистых почв /А.К. Миненко //Агрохимия. –1976.
