CC BY
27
рж:х^:: щщГ, лМЛ) ■;-:Л.
; £-4 "-•' '. -V : Ч*^- ''■••• -:’Ч
''•_ \. ^ I' '>'• ' -• П^Н^р
. ' :V ‘' ". ' ..
U \"i ; • ' . :
-";idriC7 ■
>V-
-5Л
! ~
с-гИ
>;':-• ;b..v
578.004.82
БИОЛОГИЧЕСКОЕ ВЛИЯНИЕ СЖИГАНИЯ СТЕРНЕВЫХ ОСТА ТКОВ НА ВЕРТИКАЛЬНО-ЯРУСНОЕ РАСПРЕДЕЛЕНИЕ МИКРООРГАНИЗМОВ И ЭКОЛОГИЧЕСКИЕ ПОКАЗАТЕЛИ ПОЧВЫ ■
М.Д.НАЗАРЫШ
Кубанский государственный университет
В цепи почва-растение-пищевые продукты, определяющей видовой состав и степень обсемененности готового продукта, ведущее место принадлежит почве и населяющей ее микрофлоре.
Практика сжигания стерневых остатков и сорной растительности в агросистемах оказывает глубокое отрицательное воздействие на химические, физико-химические и биологические свойства почвы. Не менее важным, но часто не получающим должной оценки, является изменение состояния микрофлоры в почвенной среде.
Отдельные исследования, посвященные оценке микробной заселенности по почвенному профилю, преимущественно касались природных зон [1, 2] и основных систематических групп микроорганизмов почв северных регионов [3]. Отдельные данные имеются и о микробиологическом профиле выщелоченно-
го чернозема Кубани в агросистеме [4]. В то же время серьезного изучения требует выяснение влияния приемов сжигания и запахивания стерневой и корневой массы сельскохозяйственных культур и сорной растительности на биогенность, направленность минерали-зационных процессов и агрохимические показатели плодородия почвы.
Объектом исследования являлись почвы пашни агроландшафта Краснодарского края, представляющие собой черноземы обыкновенные, мало- и слабогумус-ные. Вариантами изучения были полигоны с несжигаемой и сжигаемой стерней (в течение 10 лет). На каждом полигоне весной, летом и осенью выполняли почвенные разрезы вглубь до 2 м (до материнской породы) послойно через 20 см.
В работе использованы общепринятые в почвенной микробиологии методы для оценки микрофлоры. Количество микроорганизмов основных групп определяли путем учета на твердых питательных средах из посевов соответствующих разведений почвенных сус-
v . : .-.г- Таблица 1
Бактерии
Период и участок Глубина, см Г рамотрицательные аспорогенные палочки и кокки Г рамположительные споровые палочки Г рамположительные аспорогенные палочки и кокки Актиномицеты Микромицеты
Весна ■Н:*П ч*. i-Ха . ' ' , :i /. .-jr.
несжигаемый 0-20 74- 20 , : •>. '• 2 2
20-40 57 4 30 9 ,0.
40-60 ’Д>4 . v 2 хг:: • .«. •- й,з.:.т:i■.«:■. ;Ь.. 3 •
сжигаемый 0-20 25,. 65 6 v 2 ■■ -
20-40 14 66 .. 3
Лето 40-60 9 71 20 / 0 ■ .^0
несжигаемый 0-20 64 2 - 18 2 14
20-40 62 29 5 3 1
40-60 55 9 32 3 1
сжигаемый 0-20 18 39 ‘ 29 6 8
, "■ - ' ' 20-40 73 7 ; ; 12 4 4
Осень 40-60 26 40 30 4 0
несжигаемый 0-20 35 11 20 28 6
20-40 Р Ч;-■■■.- - 57 5
40-60 57 16 18 8 : I'
сжигаемый 0-20 ее 24 17 .0
. 20-40 13 ; 52 .... 17 18 0
40-60 24 50 14 12 0
пеюий на мясо-пептонном агаре (МПА), крахмало-ам-•иачном агаре (КАА), почвенном агаре (ПА), голодном агаре (ГА), среде Чапека, среде Гетчинсона и сре-1е Эшби. Все работы выполняли в соответствии с об-_ ^ гшинятьтми методами [5-9]. Перед посевом для де-. :?бции микроорганизмов с почвенных частиц вод--почвенные суспензии обрабатывали на качалке в -учение 20 мин и затем готовили серию последова--гльных разведений. Идентификацию выделенных культур микроорганизмов проводили по морфологическим, культуральным и физиолого-биохимическим признакам, руководствуясь определителями [10-15]. Для характеристики направленности почвенных ■:Н' Эобиологических процессов использовали коэф-а нцнент минерализации растительных остатков, пред-;-азляющих собой соотношение организмов, расту-и\ на КАА и на МПА [16]; коэффициент олиготроф-■гги (ГА : МПА) и индекс педотрофности (ПА : МПА) [4]. Содержание гумуса, аммиачного и нитратного азота определяли общепринятыми для почв методами [17]. Как показали исследования, для микробиологического профиля исследуемого чернозема обыкновенного оказалась характерной высокая биогенность не только пахотного, но и подпахотного слоя почвы. При постепенном углублении в почву наблюдается снижение численности микроорганизмов, не всегда равномерное; на некоторых глубинах численность даже увеличивается, и выражена перегруппировка эколого-тро-фического состава микроорганизмов. Плотность заселения почвы микромицетами и ак-тиномицетами особенно высока в верхних слоях, содержащих основную массу пожнивных и корневых остатков. Численность гумусоразлагающих микроорганизмов связана с мощностью гумусового горизонта. До глубины 1 м отмечено высокое содержание гумусоразлагающей микрофлоры. Результаты наших исследований свидетельствуют, что содержание в почве микроорганизмов увели-
Таблица 2
Глубина, см Несжигаемый участок
Весна Лето Осень
0-20 Pseudomonas melochlora Pseudomonas spp. Nitrobacter spp. Bacillus spp. Nocardia spp. Mticor spp. Pseudomonas fluorescens Pseudomonas denitrificans Pseudomonas facilis Pseudomonas spp. Cellulomonas spp. Arhtrobacter spp. Mucor spp. Verticillium spp. Pseudomonas spp. Nitrobacter spp. Xanthobacter spp. Micrococcus spp. Arthrobacler spp. Rhdococcus spp. Nocardiopsis spp. Bacillus spp. Mucor spp. Aspergillus spp. Penicillium spp. Hyalodendron spp.
20-40 Pseudomonas spp. Nitrobacter spp. Micrococcus spp. Pediococcus spp. Nitrobacter spp. Pseudomonas fluorescens Pseudomonas facilis Pseudomonas spp. Nitrobacter spp. Bacillus spp. Cellulomonas spp. Nocardia spp. Rhdococcus spp. Nocardiopsis spp. Geodermatophilus spp. Nitrobacter spp. Micrococcus spp. Pseudomonas spp. Azospirillum spp. Cvtophaea spp. Vibrio spp. Penicillium spp.
40-60 Pseudomonas spp. Pseudomonas putida Nitrobacter spp. Nocardia spp. Pseudomonas fluorescens Pseudomonas cepacia Pseudomonas spp. Nitrobacter spp. Parococcus spp. Micrococcus spp. Bacillus spp. Cellulomonas spp. Nocardia spp. Arhtrobacter spp. Pseudomonas spp. Nitrobacter spp. Cytophaga spp. Azospirillum spp. Micrococcus spp. Arhtrobacter spp. Bacillus spp. Rhdococcus spp. Geodermatophilus spp.
чивается в летний период и осенью. Отмечаются большие сдвиги и в соотношении систематических группировок микроорганизмов. Это является следствием динамики температуры и влажности почвы, состояния растительного покрова и т. д. Наибольшие различия в составе микрофлоры участков наблюдаются в весенний период.
Длительное, в течение 10 лет проводимое сжигание стерневых остатков существенным образом повлияло на состав почвенной микрофлоры. На сжигаемом участке уменьшилась численность аммонифицирующих и гумусоразлагающих микроорганизмов в 5 и 6 раз соответственно. Однако процесс сжигания существенно не повлиял на содержание аминоавтотрофных и олиго-трофных микроорганизмов. В летний и осенний период численность разных эколого-трофических групп микроорганизмов на сжигаемом участке примерно выравнивается с аналогичными показателями несжигаемого участка.
Среди различных групп микроорганизмов наиболее заметное уменьшение численности колониеобразующих единиц установлено в осенний период для ак-тиномицетов и микромицетов, которые нуждаются в поступлении органического углерода. ,
Как известно, особенности микрофлоры различных типов почв наиболее полно отражает верхний (пахотный) слой почвы, при этом показательны не столько общая численность микроорганизмов, сколько их групповой и видовой состав. Данные о процентном содержании различных групп микроорганизмов в микрофлоре почвенных профилей глубиной 0-60 см на несжигаемом и сжигаемом участках представлены в табл. 1.
На несжигаемом участке весной на глубине 0-60 см доминируют бактерии, особенно грамотрица-тельные аспорогенные палочки и кокки. В летний период в бактериальном комплексе происходит перегруппировка его еостава, несколько увеличивается содержание грамположительной микрофлоры. В пахотном слое в среднем в 7 раз увеличивается численность микромицетов. ; ,
В осенний период продолжается перегруппировка в бактериальном комплексе, причем на разной глубине это имеет свои особенности. Заметно увеличивается содержание актиномицетов, связанное с поступлением растительных остатков. Следует отметить, что полученные данные свидетельствуют о закономерной смене микробных ассоциаций в ходе распада органиче-
Таблща 3
Глубина, см Сжигаемый участок
Весна Лето Осень
Bacillus spp.
- - -- Arhtrobacter spp. Bacillus pumilus
Bacillus spp. Pseudomonas spp. Niirobacter spp. Nocardia spp. Aspergillus spp. Alternaria spp.
Cellulomonas spp. Pseudomonas Jluorescens Pseudomonas facilis Pseudomonas spp. Niirobacter spp. Nocardia spp. Mucorspp. Aspergillus spp. Oidiodendron spp.
Arhtrobacter spp. Micrococcus spp. Rhdococcus spp. Nocardiopsis spp. Pseudomonas denitrificans Pseudomonas spp.
- Hi .
■■ ■ 20-40
Bacillus spp. Arhtrobacter spp. Pseudomonas Jluorescens Pseudomonas spp. Nitrokacter spp. Rhdococcus spp. Ltpomyces spp.
Pseudomonas denitrijycans Pseudomonas Jluorescens Pseudomonas cepacia Caulobacier spp. Nitrobacter spp. Nocardia spp. Micrococcus spp. Aspergillus spp.
Bacillus spp. Rhdococcus spp. Streptomyces spp. Arhtrobacter spp. Micrococcus spp. Azospirillum spp. Pseudomonas spp. Caulobacter spp. Nocardia spp.
40-60
Bacillus spp. Arhtrobacter spp. Pseudomonas spp.
Bacillus subtilis Bacillus spp. Arhtrobacter spp. Micrococciis spp. Pseudomonas facilis Pseudomonas spp.
Bacillus spp. Pseudomonas spp. Nitrobacter spp. Azospirillum spp. Cytophaga spp. Arhtrobacter spp. Micrococcus spp. Nocardia spp.
Таблица 4
Глуби- нами Несжигаемый участок Сжигаемый участок
Гумус, % Валовый азот,% Аммиачный азот, мг/ 100 г Нитпат- ный азот, мг/кг Коэффициент Гумус, % Валовый азот, % Аммиачный азот, мг/100 г Нитрат- ный азот, мг/кг Коэффициент
минера- лизации педо- трофно- сти олиго- трофно- сти минера- лизации педо- трофно- сти олиго- трофно- сти
0-20 4,36 0,103 2,48 2,2 0,94 0,28 0,22 3,30 0,104 0,95 2,5 1,71 0,51 0,91
20-40 3,24 0,112 1,73 1,4 1,59 0,15 0,06 3,00 0,104 1,20 2,8 1,67 0,48 0,45
40-60 2,61 0,081 1,78 1,4 1,25 0,17 0,12 2,20 0,114 1,10 2,5 1,27 0,27 0,28
60-80 2,50 0,075 1,35 и 1,13 0,11 0,16 1,60 0,081 1,10 2,3 1,67 0,22 0,32
SO-100 2,40 0,062 1,44 1,1 0,75 0,13 0,10 1,61 0,081 0,95 2,2 0,86 0,17 0,14
Х-120 0,73 0,036 1,31 1,1 0,36 0,04 0,11 0,73 0,036 0,75 1,9 0,43 0,22 0,13
120-140 0,49 0,025 1,11 0,9 0,20 0,02 0,10 0,72 0,036 0,70 1,3 0,30 0,19 0,10
140-160 0,49 0,025 0,95 0,7 0,13 0,02 0,09 0,50 0,025 0,60 0,9 0,20 0,10 0,10
160-180 0,08 0,004 0,67 0,6 0,09 0,01 0,09 0,23 0,011 0,40 0,8 0,20 0,01 0,08
180-200 0,01 0,004 0,52 0,5 0,06 0,001 0,07 0,02 0,001 0,40 0,5 0,12 0,001 0,09
ских веществ. Так, в первые фазы разложения растительных остатков на них развиваются актиномицеты, грибы и неспорообразующие бактерии. Весной увеличивается доля содержания аспорогенной грамотрица-~ельной микрофлоры и бацилл.
На сжигаемом участке, судя по полученным результатам, сжигание стерневых остатков оказало нега--шное влияние на почвенную микрофлору. Произошло нарушение структуры сообщества, изменение состава экологических/систематических групп микроорганизмов. В весенний и осенний период наблюдается нгеобладание грамположительной споровой микрофлоры.
Следует отметить, что для характеристики почвы Егжна не только численность разных групп микроорганизмов, но и анализ их состава. Изменения почвенных словий в результате сжигания стерни оказало влияние и на родовой (видовой) состав почвенной микро-злоры (табл. 2, 3).
На сжигаемом участке доминируют бациллы, способные использовать не только органический, но и минеральный азот {Bacillus subtilis, Bacilluspumilus), способствуя тем самым энергичным мобилизационным -г-опессам. На сжигаемом и несжигаемом участках -язличен видовой состав микромицетов, На сжигае-:м участке преобладают грибы рода Aspergillus, на несжигаемом, где субстрат обогащается свежими растительными остатками, - энергично размножаются г- коровые грибы.
Различные азотсодержащие соединения, в том чис-:е и гумус, подвергаются в почве минерализации. Ам-тнийные соединения азота превращаются в аммиак, а —кже подвергаются нитрификации и переходят в нит-гггы. В свое время было показано [2], что нитраты и 1имиак практически равноценные источники азотного питания для растений. Однако превращение солей ам-: оння в азотную кислоту приводит к ряду нежелательных последствий. Прежде всего нитраты не поглощается почвенными коллоидами и легко вымываются из - ;чвы. Затем нитраты могут подвергаться микробно-
му восстановлению и теряться в виде бесполезного газообразного азота.
Исследования некоторых химических показателей в летний период обнаружили существенные различия в содержании гумуса, аммиачного и нитратного азота в почвах несжигаемого и сжигаемого участков (табл. 4).
Относительно высокий уровень накопления нитратов отмечен на сжигаемом участке практически по всему почвенному профилю до глубины 180-200 см. Обнаружены также значительные потери гумуса, особенно на глубине 0-100 см. Ниже этой глубины показатели содержания гумуса в почвенных профилях обоих участков различаются несущественно.
Снижение содержания гумуса обусловлено значительно меньшим поступлением в почву растительного опада, сжиганием стерневых остатков и сорной растительности и интенсивно протекающими здесь процессами минерализации, о чем свидетельствуют относительно высокие коэффициенты минерализации, педо-трофности и олиготрофности.
Таким образом, основными показателями биологического состояния почвы на сжигаемом участке являются изменение нормального соотношения эколо-го-трофических и систематических групп микроорганизмов, усиление активности минераяизационных процессов, снижение содержания гумуса, аммиачного азота и накопление нитратного азота. Только комплексный подход, включающий химические анализы вертикально-ярусного исследования почвенной микрофлоры, позволит более глубоко понять механизм поведения микроорганизмов и направленность процессов с их участием в результате сжигания стерневых остатков.
ЛИТЕРАТУРА
1, Богоев В.М. Количественная оценка численности, биомассы и биологической активности почвенных микроорганизмов в экосистемах некоторых природных зон: Авгореф. дис ... канд. биол. наук. -М.: Изд-во МГУ, 1981.-25 с.
2. Прянишников Д.Н. Азот и жизнь растений и земледелия. -М.: Изд-во АН СССР, 1945.
3. Полянская Л.М., Гейдебрехт В.В., Степанов АЛ., Звягинцев Д.Г. Распределение численности и биомассы зональных типов почв // Почвоведение. - 1995. - № 3. - С. 322-328.
4. Енкина О.В., Коробский Н.Ф. Микробиологические аспекты сохранения плодородия черноземов Кубани. - Краснодар, 1999. -150 с.
5. Методы почвенной микробиологии и биохимии / Под ред. Д.Г. Звягинцева. - М.: Изд-во МГУ, 1991. - 304 с.
6. Сэги Й. Методы почвенной микробиологии. - М.: Колос, 1983.-296 с.
7. Практикум по микробиологии / Под ред. Н.С. Егорова. - М.: Изд-во Моск. ун-та, 1976. - 307 с.
8. Добровольская Т.Г., Скворцова И.Н., Лысак Л.В. Методы выделения и идентификация почвенных бактерий. - М.: МГУ, 1990. -72 с.
9. Мирчинк Т.Г. Почвенная микология. - М.: МГУ, 1988. -206 с.
10. Определитель бактерий Берджи / Под ред. Дж. Хоулта, Н. Крига, П. Снита, Дж. Стейли, С. Уильямса. 9-е изд. В 2 т. - М.: Мир, 1997. - 800 с.
11. Bergey' s manual of determinative bacteriology. 9,h ed. Baltimore:
Williams and Wikkins, 1994. - 799 p.
12. Кириленко T.C. Атлас родов почвенных грибов. - Киев: На-
ТТТ/.«Г^ 1 П'7'7 ПО
ул.. ДумКа, 1 у / /. — 1Х.О с.
13. Кириленко Т.С. Определитель почвенных сумчатых грибов. - Киев: Наук, думка, 1978. - 264 с.
14. Курсанов Л.И. Пособие по определению грибов из родов
Aspergillus и Penicillium. - М.: Медгиз, 1947. - 115 с.
15. Милько А.А. Определитель мукоральных грибов. Киев,
1974.-303 с.
16. Мишустин Е.Н., Рунов Е.В. Успехи разработки принципов микробиологического диагностирования состояния почвы // Успехи
современной микробиологии. - 1957. -14. - Вып. 2. - С. 256-268.
17. Практикум по агрохимии / В.Г. Минеев, Е.П. Дурынина, Н.Ф. Гомонова и др. - М.: Изд-во МГУ, 1989. - 305 с.
Кафедра биохимии и технической микробиологии
Поступила 11.02.04 г.
574(470.6.2)
СОРБЦИОННЫЕ СВОЙСТВА ПОКРОВНЫХ ТКАНЕЙ СЕМЯН ПОДСОЛНЕЧНИКА СОВРЕМЕННОЙ СЕЛЕКЦИИ
A.В. АЛЕКСАНДРОВА, С.Ю. КСАНДОПУЛО,
B.Г. ЩЕРБАКОВ
Кубанский государственный технологический университет
Селекция подсолнечника, направленная на создание сортов и гибридов с хозяйственно ценными признаками, привела к появлению в промышленном производстве масличных семян, существенно различающихся по массовой доле покровных тканей в плоде-семянке [1]. К сожалению, большинство исследований семян современных типов подсолнечника посвящены биохимическим и технологическим особенностям их основных тканей - ядра семян. Биохимические и физико-химические особенности околоплодника подсолнечных семян почти не привлекали внимания исследователей [2].
В то же время достаточно известна из практики промышленной переработки семян тесная связь уровня оводненности основных и покровных тканей семян на всех стадиях их формирования, послеуборочной обработки и хранения, обусловленная различием сорбционных свойств тканей подсолнечных семян к воде и гидрофобным жидкостям. Для сухих плодов ряда растений подтверждена взаимозависимость биохимических процессов в системе плодовая оболочка-основ-ная ткань семян, определяющая продолжительность их послеуборочного дозревания и долговечность семян при хранении [3].
Цель нашего исследования - изучение сорбционных свойств околоплодника подсолнечной семянки трех новых сортов, отличающихся по массовой доле покровных тканей. Объектом исследования служили элитные семена подсолнечника, выращенные на опытных полях НПО «Масличные культуры» (Краснодар):
ультраскороспелого сорта Родник, среднеспелого Мастер и кондитерского СПК.
При выполнении исследований применялись современные методы физико-химического анализа и стандартные, принятые в масло-жировой промышленности и рекомендованные ВНИИ жиров (Санкт-Петербург) [4]. Установлено, что при дозревании семян подсолнечника на растении и на скошенных растениях после достижения ими сроков уборки отложение запасных липидов в основных и структурных - покровных тканях продолжается и положительно коррелирует с уровнем оводненности покровных тканей и скоростью десорбции из них воды в зависимости от погодных условий в этот период. Сравниваемые сорта подсолнечника отличаются по величине дополнительного прироста масличности семян. Так, после 10-дневного хранения в валках, убранных двухфазным способом, этот показатель составил (по сравнению с маслич-ностью семян в стадии уборочной спелости) для сортов Родник, Мастер и СПК 2,5-3,5; 2,0-1,8 и 6-8% соответственно, хотя масличность семян сорта СПК не достигала уровня масличности сортов Родник и Мастер и была ниже в среднем за два года на 4-6%.
Анализ полученных данных позволил установить, что сравниваемые сорта подсолнечника различаются по гидрофильности покровных тканей плода-семянки, а следовательно, и их сорбционным свойствам по отношению к воде и водяному пару. Результаты исследований также свидетельствуют, что чем медленнее снижается влажность покровных тканей семян при двухфазной уборке, тем продолжительнее процесс накопления липидов в семенах и тканях, несмотря на накопление в околоплоднике гидрофобных липидов, особенно заметное у сортов Мастер и Родник. Это по-
