CC BY
49
УДК631.458.4
реакция почвенной микрофлоры серой лесной почвы на длительное применение разных по уровню интенсификации систем удобрений
М.К. ЗИНЧЕНКО, кандидат биологических наук, зав. лабораторией (e-mail:zinchenkosergei@mail.ru) Л.Г. СТОЯНОВА, старший научный сотрудник Владимирский научно-исследовательский институт сельского хозяйства, ул. Центральная, 3, пос. Новый, Суздальский р-он, Владимирская обл.,601261, Российская Федерация
Резюме. В условиях Владимирского ополья на серой лесной среднесуглинистой почве изучали влияние шести уровней применения минеральных и органоминеральных удобрений на численность основных физиологических групп микроорганизмов. Агрофоны располагались по отвальной вспашке на глубину 20-22 см. Анализировали структуру микробного ценоза, включающую микроорганизмы, развивающиеся на мясо-пептонном и крахмало-аммиачном агаре (МПА и КАА), олигонитрофильные, целлюлозо-разлагающие, микромицеты и азотобактер. Наименьшая общая биогенность серой лесной почвы отмечена на интенсивном и высокоинтенсивном минеральном фоне (7,5-7,9 млн КОЕ/гпочвы). Отзывчивыми на внесение органических удобрений (60 и 80 т/га) были комплекс протеолитических бактерий (МПА), азотобактер и группа целлюлозоразлагающих микроорганизмов. Обсеменен-ность почвы азотобактером в этих вариантах возросла, относительно нулевого фона, на 48 и 72%, соответственно, а численность целлюлозоразлагающей микрофлоры - более чем в 2,5 раза. На интенсивном и высокоинтенсивном минеральном фоне наблюдали не только закономерное снижение численности олигонитрофиль-ной группировки, но и бактерий, участвующих в трансформации азота (МПА+КАА). Сумма бактерий, развивающихся на МПА и КАА, в почве залежи в 2,6 раза ниже, чем в среднем по опыту. Максимальное в опыте развитие эти микроорганизмы получили в почве высокоинтенсивного органоминерального фона. После использования навоза в дозе 80 т/га их численность возросла до 10,7-13,2 млн. Совместное применение минеральных и органическихудобрений оказало стимулирующее действие на развитие бактериального комплекса серой лесной почвы, повысив ее общую биогенность, по сравнению с вариантами длительного и интенсивного применения минеральных удобрений, в 1,5-2 раза.
Ключевые слова: фон интенсификации, микробоценоз, серая лесная почва, система удобрений, физиологические группы микроорганизмов, биогенность почвы, аминогетеротрофы, аминоавтотрофы, азотобактер.
Для цитирования: Зинченко М. К., Стоянова Л.Г. Реакция почвенной микрофлоры серой лесной почвы на длительное применение разных по уровню интенсификации систем удобрений// Достижения науки и техники АПК. 2016. Т.30. №2. С. 21-23.
Микробные сообщества почвы реагируют на изменения в окружающей среде сукцессиями в своей структуре и часто численности, открывая, таким образом, возможности для раннего диагностирования антропогенного влияния. В последние годы это свойство все чаще используют при биодиагностике состояния природной среды [1 ]. Уменьшение численности и активности, обеднение состава и снижение разнообразия экологических групп микроорганизмов представляют реакцию микробиоты почвы на любое антропогенное или техногенное воздействие [2]. В деструкции органических соединений принимают участие различные микроорганизмы, активность которых
обусловливают такие факторы, как химические свойства почвы, условия аэрации, гидротермический режим, смена сезонов года.
Цель наших исследований - выявить закономерности изменения состава и численности микробоценоза под влиянием различных уровней интенсификации применения удобрений.
Условия, материалы и методы. Исследования проводили на базе многолетнего полевого стационарного опыта во Владимирском НИИСХ. Опыт по изучению и усовершенствованию адаптивно-ландшафтных систем земледелия заложен в 1997 г. Включает пять шестипольных севооборотов. Дозы удобрений рассчитывали балансовым методом с учетом естественного плодородия на четыре уровня продуктивности: низкий - 1,82,0 тыс. зерн. ед./га; средний - 2,0-2,2 тыс. зерн. ед./га; интенсивный - 2,7-4,1 тыс. зерн. ед./га; высокоинтенсивный - 3,7-4,5 тыс. зерн. ед./га. Для микробиологической характеристики агроландшафтов мы выбрали шесть фонов интенсификации применения удобрений (табл. 1), которые располагались по отвальной вспашке на глубину 20-22 см. Исследования проводили с 2011 по 2013 гг.
Почвенный покров опытного участка представлен серой лесной среднесуглинистой почвой. Содержание гумуса в пахотном слое (0-20 см) - от 3,9 до 4,4% (по Тюрину), обеспеченность подвижным фосфором (по Кирсанову) - 100-150 мг/кг почвы, обменным калием (по Масловой) - 100-120 мг/кг почвы, рНКС| - от 5,9 до 6,5. Образцы серой лесной среднесуглинистой почвы отбирали в мае, июле и сентябре из слоя почвы 0-20 см. Микробиологические исследования проводили согласно общепринятым методикам [3].
Степень влияния удобрений на различные группы микроорганизмов оценивали по методике О.В. Енкиной [4]. С ее использованием мы сравнивали варианты интенсификации применения удобрений с нулевым фоном, принимая показатели численности его микроорганизмов за 100%, так как абсолютного контроля в опыте не было.
результаты и обсуждение. Прямые определения численности основных физиологических групп микроорганизмов показали, что менее активно деятельность микробного пула серой лесной почвы протекает в пахотном слое интенсивного и высокоинтенсивного минерального фона (рис.1). Численность микроорганизмов в этих вариантах находилась в интервале 7,5-7,9 млн КОЕ/г почвы, что достоверно ниже (НСР05 = 1,3 млн КОЕ/г), чем на других фонах, где величина
Таблица 1. изучаемые фоны интенсификации
Фон интенсификации Дозы удобрений Итого за 3 года За ротацию
2011 г. 2012 г. 2013 г.
Нулевой 0 0 0 0 навоз 40 т/га
Средний 0 N Р К 60 60 60 N Р К 30 30 30 N Р К 90 90 90 N Р К + 240 150 150
навоз 40 т/га
Интенсивный мине- N30 N Р К 90 90 90 N Р К 90 90 90 N Р К 210 180 180 N Р К 390 360 360
ральный
Высокоинтенсивный N30 N Р К 120 120 120 N Р К 120 120 120 N Р К 270 240 240 N Р К 510 480 480
минеральный
Интенсивный орга- N Р К 60 60 60 N Р К + 30 30 30 N Р К + 150 90 90 N Р К + 360 300 300
номинеральный навоз 60 т/га навоз 60 т/га навоз 60 т/га
Высокоинтенсивный ЫЭ0 Р90К90 N Р К + ' М5Г 45 45 ^0 N Р К + 225 135 135 N Р К + 495 300 300
органоминеральный навоз 80 т/га навоз 80 т/га навоз 80 т/га
рис. 1. Влияние систем удобрения на общую биогенность (без учета численности азотобактера) серой лесной почвы (среднее за 3 года): 1 - нулевой фон; 2 - средний; 3 - интенсивный минеральный; 4 - высокоинтенсивный минеральный; 5 - интенсивный органоми-неральный; 6 - высокоинтенсивный органоминеральный.
этого показателя составляла 10,6-13,3 млн КОЕ/г почвы (без учета численности азотобактера).
Сокращение пула микроорганизмов на минеральных фонах можно объяснить реакцией почвенной биоты на использование ксенобиотиков. Так, за 3 года исследований почва интенсивного фона была обогащена основными элементами минерального питания в количестве 570 кг/га, а высокоинтенсивного - 750 кг/га. В течение 3-х ротаций севооборота ее насыщенность химическими веществами в этих вариантах была самой высокой в рамках наших исследований, что привело к изменению жизнедеятельности консорций почвенных микроорганизмов и уменьшению их численности.
Результаты определения основных физиологических групп микроорганизмов показывают, что комплекс органо-минеральных удобрений (навоз 60 т/га + ^50Р90К90 и навоз 80 т/га + ^25Р135К135) значительно повысил общую биогенность почвы, при этом степень влияния их на различные группы микроорганизмов была неоднозначна (табл. 2).
Таблица 2. изменение численности микроорганизмов под влиянием длительного применения удобрений, % к нулевому фону
Группа микроорганизмов Вариант *
1 2 3 4 5 6
Аминогетеротрофы (МПА) 100 111 79 72 119 172
Аминоавтотрофы (КАА) 100 99 80 75 86 96
Олигонитрофилы 100 90 62 63 82 80
Азотобактер** 100 91 111 99 148 172
Целлюлозоразрушающие 100 118 104 111 248 272
Микромицеты 100 116 96 105 97 116
*1 - нулевой фон; 2 - средний; 3 - интенсивный минеральный; 4 - высокоинтенсивный минеральный: 5 - интенсивный органоминеральный; 6 - высокоинтенсивный органоминеральный; ** средние данные за 8 лет.
Самыми отзывчивыми на внесение органических удобрений оказались комплекс протеолитических бактерий (МПА), азотфиксирующие бактерии рода Azotobacter и группа целлюлозоразлагающих микроорганизмов.
Среди перечисленных групп наибольшее развитие, по отношению к контролю, на органоминеральных фонах получила целлюлозоразла-гающая микрофлора. Ее численность увеличилась более чем в 2,5 раза. Стимулирующее действие органических удобрений на развитие пула целлюлозолитиков не только определяет интенсивность разложения органических остатков на этих фонах, но и в целом повышает биологическую активность почвы.
Самый нестабильный показатель обеспеченности почвы элементами минерального питания - содержание азота. Однако избыток легкодоступных азотных энергетических ресурсов при высокой насыщенности удобрительными средствами (4-6 варианты) определил закономерное снижение численности олигонитрофильной группировки, относительно нулевого фона, в среднем на 25%.
Процессы превращения азота и его соединений составляют одно из центральных звеньев почвенного метаболизма. Использование навоза в дозе 60 и 80 т/га раз за ротацию севооборота способствовало увеличению пула не симбиоти-ческих азотфиксаторов. Длительные наблюдения за распространением азотобактера в агроландшафтах серой лесной почвы свидетельствуют, что его численность в вариантах с применением органоминеральных удобрений в 1,5 раза и более выше, чем на нулевом и минеральном фоне [5].
Азоторганические соединения, поступающие в почву, претерпевают сложные биохимические превращения, в процессе которых они переходят в доступные для растений формы. Особое значение в этих процессах принадлежит агрономически ценным микроорганизмам, участвующим в трансформации соединений азота. Остановимся на анализе этих физиологических групп микроорганизмов (ФГМ) подробнее, так как их деятельность определяет обеспеченность растений самым лимитирующим в зоне Нечерноземья элементом питания.
Результаты исследований показывают, что в пашне серой лесной почвы доминируют типичные сапрофитные бактерии - маслянокислые и аммонифицирующие (растущие на мясопептонном агаре - МПА), а также бактерии, усваивающие минеральные формы азота (КАА). Широкое развитие этих групп микроорганизмов указывает на активное разложение свежих органических остатков в почве, что свидетельствует об относительно быстром восстановлении ее эффективного плодородия. Систематическое применение удобрений положительно повлияло на численность бактерий азотного цикла. В пашне во все сроки отбора количество микроорганизмов этих групп было достоверно выше, чем на участке залежи (табл. 3). Сумма бактерий, развивающихся на МПА и КАА, в почве залежи в 2,6 раза ниже, чем в среднем по опыту. Наибольшее развитие эти микроорганизмы получили в почве высокоинтенсивного органоминерального фона. После использования навоза в дозе 80 т/га их численность возросла до 10,7-13,2 млн КОЕ/г почвы. Применение минеральных удобрений, как раздельно, так и совместно с навозом, в течение двух ротаций севооборота увеличивало численность основных групп микроорганизмов, трансформирующих азот почвы. Положительное влияние комплекса удобрений и агротехнического воздействия на микробоценоз, мобилизующий азот почвы, по сравнению с залежью, наблюдается во всех изучаемых вариантах.
В 2011 г. не отмечено статистически достоверной разницы между численностью микроорганизмов в длительно и интенсивно удобряемых вариантах с нулевым фоном.
Таблица 3. Численность микрофлоры, трансформирующей азотные соединения почвы
Фон интенсификации
МПА+ КАА, тыс. КОЕ/г почвы
Нулевой Средний
Интенсивный минеральный Высокоинтенсивный минеральный Интенсивный органоминеральный Высокоинтенсивный органоминеральный
НСР05
Залежь_
2011 г. I 2012 г.\ 2013 г. I среднее
7493 8193 7930 7872
7788 10724 6120 8211
5515 9106 4217 6279
5098 7922 4501 5840
5328 10932 9731 7997
6252 10733 13239 10074
1302 1517 1242 1485
2234 3828 2719 2927
Положительное влияние применения навоза на жизнедеятельность микроорганизмов проявилось и в 2013 г. На органоминеральных фонах численность бактериального комплекса (МПА+КАА) была более чем в 2 раза выше, по сравнению с минеральными (табл. 3). Результаты 3 лет исследования свидетельствуют, что систематическое применение минеральных удобрений не оказало заметного влияния (относительно нулевого фона) на рост численности почвенной биоты, трансформирующей азот почвы. По мере увеличения их дозы на интенсивном минеральном (Ы90Р90К90) и высокоинтенсивном минеральном (N120P120K120) фоне выявлено статистически достоверное снижение численности микрофлоры (МПА+ КАА). Положительное влияние минеральных удобрений на рост количества указанных физиологических групп отмечено на среднем фоне. Наиболее эффективной дозой оказалась (NPK)60, при этом пул агрономическиценной микрофлоры в отдельные годы повышался до 10,7 млн КОЕ/г почвы. Средняя численность бактерий на этом фоне составила 8,2 млн КОЕ/г почвы, что достоверно выше, чем в вариантах с интенсивным использованием минеральных удобрений.
выводы. Таким образом, применение различных доз и систем удобрений приводит к количественным и структурным изменениям пула микроорганизмов в агроландшафтах серой лесной почвы. Совместное использование минеральных и органических (60 и 80 т/га) удобрений оказало стимулирующее действие на развитие бактериального комплекса серой лесной почвы, повысив общую биогенность почвы, по сравнению с вариантами длительного и интенсивного применения минеральных удобрений. Дополнительное поступление свежего органического вещества при использовании навоза оптимизирует биологическое состояние пахотного горизонта серой лесной почвы и увеличивает плотность популяций бактерий азотного цикла и целлюлозоразлагающих микроорганизмов.
Литература.
1. Терехова В.А. Микромицеты в экологической оценке водных и наземных экосистем. М.: Наука, 2007. 215 с.
2. Трипольская Л.Н., Багданавичене З.Е., Романовская Д.К. Микробиологическая активность дерново-подзолистой почвы и разложение органических удобрений в осенне-зимний период // Почвоведение. 2004. №9. С. 1100-1108.
3. Теппер Е.З., Шильникова В.К., Переверзева Г.И. Практикум по микробиологии. М.: Агропромиздат, 2004. 238 с.
4. Енкина О.В., Коробский Н.Ф. Микробиологические аспекты сохранения плодородия черноземов Кубани. Краснодар: Рост, 1999. 149 с.
5. влияние агрогенной нагрузки на населенность азотобактером серой лесной почвы владимирского ополья / М.К. Зин-ченко, Л.Г. Стоянова, С.И. Зинченко, А.А. Корчагин // Ресурсосбережение и диверсификация как новый этап развития идей А.И. Бараева о почвозащитном земледелии: сборник докладов международной научно-практической конференции. Шортанды: Каз.НИИЗХ, 2008. С. 410-413
RESPONSE OF MICROFLORA OF GRAY FOREST SOIL TO PROLONGED uSE OF FERTILIZER SYSTEMS WITH DIFFERENT INTENSITY LEVEL
M. K. Zinchenko, L.G. Stoyanova
Vladimir Research Institute of Agriculture, ul. Tsentralnaya, 3, pos. Novy, Suzdalsky r-n, Vladimirskaya obl., 601261, Russian Federation
Summary. The influence of six variants of application of mineral and organic-mineral fertilizers on the population of main physiological groups of microorganisms was studied under conditions of Vladimir Opolie on gray forest middle loamy soil. Agricultural backgrounds were tested at moldboard plowing at the depth of 20-22 cm. The structure of microbial cenosis including microorganisms developing on meat-and-peptone and starch-and-ammonia agar (MPA and SAA), oligonitrophilic, cellulose-decomposing, micromycetes, azotobacter was analyzed. The lowest general biogenic activity of gray forest soil was registered against high intensity mineral background (7.5-7.9 m CFU/g of soil). The proteolytic bacteria (MPA), azotobacter and cellulose-decomposing microorganisms were responsive to application of organic fertilizers (60 and 80 t/ha). Azotobacter content in soil in these variants increased by 48 and 72%, correspondingly, in comparison with null background. The population of cellulose-decomposing microorganisms grew more than 2.5 times. The predictable decrease in the population not only of oligonitrophilic group, but also of bacteria involved in nitrogen transformation (MPA and SAA) was observed against intensive and highly intensive backgrounds. The total number of bacteria developed on meat-and-peptone and starch-and-ammonia agar in fallow land was 2.6 times lower than the average amount for the test. The maximal development these microorganisms had in the soil in highly intensive organic and mineral background. Application of manure at the dose of 80 t/ha caused increase in its population to 10.713.2 m. Application of both mineral and organic fertilizers stimulated the development of bacterial complex of gray forest soil thus increasing its total biogenic activity 1.5-2 times in comparison with variants with prolonged and intensive use of mineral fertilizers. Keywords: intensive background, microbial cenosis, gray forest soil, fertilizer system, physiological groups of microorganisms, soil biogenic activity, amino heterotrophic organisms, amino autotrophic organism, azotobacter.
Author Details:M.K. Zinchenko, Cand. Sc. (Biol.), head of laboratory (e-mail:zinchenkosergei@mail.ru); L.G. Stoyanova, senior research fellow For citation: Zinchenko M. K., Stoyanova L.G. Response of Microflora of Gray Forest Soil to Prolonged Use of Fertilizer Systems with Different Intensity Level. Dostizheniyanaukii tekhnikiAPK. 2016. V.30. No 2. Pp. 21-23 (In Russ.).
J4
рис. 2. Влияние комплекса удобрений на динамику численности микрофлоры в агроценозах серой лесной почвы (МПА + КАА, 2012 г.): 1 - нулевой; 2 - интенсивный; 3 - интенсивный минеральный; 4 - высокоинтенсивный минеральный; 5 - интенсивный органоминеральный; 6 - высокоинтенсивный органоминеральный. □ - май; (11 - июль; В- сентябрь.
Сумма аминогетеротрофов и аминоавтотрофов не значительно варьировала по фонам интенсификации.
Навоз (60 и 80 т/га) вносили на интенсивном и высокоинтенсивном органоминеральном фоне под зяблевую обработку осенью 2012 г. после укоса вико-овсяной смеси. Использование этого агротехнического приема приводило к увеличению численности микрофлоры, трансформирующей азотные соединения почвы, в сентябре в 3-4 раза, по сравнению с их количеством в июле, и в 2-2,5 раза, относительно других вариантов опыта (рис. 2).
Под действием навоза на органоминеральных фонах наблюдали рост как аминогетеротрофных, так и аминоавто-трофных микроорганизмов. Увеличение численности микрофлоры иммобилизующей азот, свидетельствует о благоприятной перестройке микробоценоза. Почвы богатые такими микроорганизмами пополняются и органическим азотом, ассимилированным в микробную плазму, что способствует увеличению общих ресурсов этого элемента.
