CC BY
39УДК 631.461
ЭКОЛОГИЧЕСКАЯ РОЛЬ АЛЛЕЛОПАТИИ В ПРОЯВЛЕНИИ ФИТОТОКСИЧНОСТИ АГРОЦЕНОЗАМИ СЕРОЙ ЛЕСНОЙ ПОЧВЫ
М.К. Зинченко, к.б.н., Л.Г. Стоянова — Владимирский НИИСХ Россельхозакадемии
Е-mail: adm@ vnish. еlcom. ru О.В. Селицкая — РГАУ- МСХА им. К.А. Тимирязева Е-mail:[email protected]
Проведенные исследования свидетельствуют, что механизм токсического действия микробной микрофлоры больше всего проявляется на высокоинтенсивном фоне использования минеральных удобрений. Исчезновение токсического действия наблюдается на фонах совместного применения органических и минеральных удобрений. Отмечено, что механизм токсического действия комплекса микромицетов почвы направлен не только на растительные проростки, но и на отдельные микробиологические сообщества. Выявлена сопряженность фитотоксичности почвы и показателей ее биологической активности. Показана тесная отрицательная корреляция между фитотоксичностью и ферментативной активностью каталазы и фитотоксичностью и численностью азотобактера, что свидетельствует о довольно сложной системе биохимического взаимодействия номинантов агроценоза.
Ключевые слова: микромицеты, аллелопатия, корреляционная зависимость, азотобактер, каталазная активность.
Понятие аллелопатия (от греч. allelon - взаимно и pathos - воздействие) трактуется как влияние растений друг на друга в результате выделения ими различных веществ. Исследователи этой проблемы все больше склоняются к мнению, что под аллелопатией следует понимать круговорот физиологически активных веществ в биогеоценозе [1]. Физиологически активные вещества могут продуцировать не только растения, но и микроорганизмы. Существует 4 основных группы таких веществ. Вещества, образуемые микроорганизмами и подавляющие другие микроорганизмы, называются антибиотиками, а подавляющие жизнедеятельность высших растений - миазми-нами. Вещества, образуемые высшими растениями и подавляющие развитие микроорганизмов - фитонцидами, влияющие на развитие высших растений - колинами. Отсюда становится очевидной огромная экологическая роль аллелопатии, которая относится к числу мощных природных факторов, оказывающих сильнейшее влияние на рост, продуктивность, видовой состав естественных и культурных сообществ растений, состав микроорганизмов и плодородие почвы в целом.
Растения тратят большое количество энергии, чтобы синтезировать экзометаболиты, которые выделяются из корней в окружающую среду. Этот специфический процесс оправдывает свои энергетические затраты, поскольку позволяет растению формировать экологические ниши для поддержания и регулирования ризосферной микрофлоры. Такая специфичность может обеспечить растению возможность
35 3О * 25
е
S 20
У
S
0 15
1 10
5
0
*
ъ
1
2 3 4 5 6
И -отвальная вспашка; I—I - плоскорезная обработка.
1-нулевой; 2-поддерживающий; 3-интенсивный минеральный; 4-высокоинтенсивный минеральный; 5-интенсивный органоминеральный; 6-высокоинтенсивный органоминеральный.
1.Фитотоксичность комплекса микромицетов на агрофонах серой лесной почвы
1-нулевой; 2-поддерживающий; 3-интенсивный минеральный; 4-высокоинтенсивный минеральный; 5-интенсивный органоминеральный; 6-высокоинтенсивный органоминеральный.
2. Значения микробного токсикоза серой лесной почвы в зависимости от уровня применения удобрений по отвальной вспашке
№ 4 (62) 2012
g/іадимірскій ЗешеШецТз
Д1аграг.гиа рассеяния: об щ_тсжс vs. азотобактер (П остром, удаление П Д) азотобактер = 83.Звб - Z431 * общ_токс К) рреляция: г = - 9462
A
общ_ттжс
96% доверит.
Диаграмма рассеяния: общ_токс vs. каталаза (Построч.удаление ПД) каталаза = 3,0153 - ,0535 * общ_токс
общ_токс
95% доверит. I
3. Зависимость биологических показателей от уровня фитотоксичности на высокоинтенсивном минеральном фоне
контроля динамики конкурирующей микрофлоры, стимулируя полезные ассоциации и ингибируя патогенную инфекцию. Нарушение этих процессов происходит при антропогенном вмешательстве в агросистемах. Антропогенные нагрузки любого характера изменяют агрохимические, физические и биологические параметры почвы.
Многолетний микробиологический мониторинг, проведенный в полевом стационарном опыте на серой лесной почве Владимирского ополья, позволил выявить особенности состояния почвенной микрофлоры при различном уровне агротехнической нагрузки и рассмотреть этот процесс с точки зрения аллелопатических взаимодействий между различными составляющими агробиоценоза. Особый интерес в этой связи представляют исследования по проявлению фитотоксических эффектов в серой лесной почве агроценозов.
Общая токсичность почвы - это комплексный показатель, который от-
ственное плодородие, но и складывается из взаимодействия различных факторов, влияющих на биоценоз почвы (удобрения и пестициды, физико-химические свойства почвы, накопление промежуточных продуктов разложения растительных остатков, изменение комплекса микроорганизмов и т. д.)
В задачу исследований входило определить уровень фитотоксичности почв агроландшафтов при различной агрогенной нагрузке, выявить роль почвенной микробиоты в ее возникновении, установить связь между уровнем фитотоксичности почвы и некоторыми показателями ее биологической активности. Объектами исследования были серые лесные среднесуглинистые почвы, находящиеся в течение двух ротаций севооборота (12 лет) под влиянием различного уровня агротехнической нагрузки в системе адаптивно- ландшафтного земледелия.
Агротехническая нагрузка на вариантах опыта определялась влиянием четырех уровней интенсификации минеральных и органических удобрений в шестипольном севообороте и двух приемов основной обработки: от-
вальной вспашки на глубину 20-22см и плоскорезной обработки на глубину 10-12см. Изучали фоны с различной насыщенностью удобрениями за ротацию севооборота: нулевой фон
- единовременно вносили подстилочный навоз 40т/га (Н40т/га); поддерживающий -N100P80K160 + Н40т/га; интенсивный минеральный - N Р „К ■
г 350 220 390
высокоинтенсивный минеральный
- N, Р К ■ интенсивный органоми-
480 280 575 г
неральный - ^10Р150К31(+Н60т/га; высокоинтенсивный органоминеральный фон - IN, „Р1С„1С„ + Н 80 т/га.
^ 430 160 360 '
В качестве тестов биологического состояния почв при внесении различных доз и сочетаний минеральных и органических удобрений использовали комплекс показателей:
• биомассу микроорганизмов и структуру микробного сообщества определяли методом люминесцентной микроскопии [2];
• населенность почвы азотобактером - по методу Виноградского [4];
• ферментативную активность каталазы -азометрическим методом по методике Галстяна[2];
• общую фитотоксичность почвы - методом биодиагностики (ГОСТ Р ИСО 22030-2009) [4];
• суммарную фитотоксичность комплекса микроскопических грибов почвы - по методу Даниловой (Патент, 2006г.);
• микробный токсикоз почв определяли методом инициированного микробного сообщества [2].
В связи с тем, что большую часть биомассы микробного ценоза серых лесных почв составляют микромице-ты (86-97%), представлялось нужным оценить вклад микромицетов в развитие фитотоксичности почв (рис. 1)
Экспериментально доказано, что длительное ежегодное применение высоких доз минеральных удобрений приводит к возрастанию токсических эффектов.
Токсические проявления наблюдаются в почве интенсивного и высокоинтенсивного минерального фона по двум приемам основной обработки (угнетение тест-культуры по сравнению с контролем 20% и более). На этих фонах уровень токсичности в течение вегетационного периода достигал 30% и более.
Коэффициент фитотоксичности (Кф) на интенсивном минеральном фоне составил 29%, а на высокоинтенсивном
ЗлаЭишрскш ЗемлеШеЩ)
№ 4 (62) 2012
Диаграмма рассеяния общ_токс чь биомасса (Построй удаление ПД) биомасса = 4.5626 - 0967 * общтокс Корреляция Г = -.3088
о6щ_юкс "хх, 9S% доверит
4. Сопряженность показателей фитотоксичности и общей биомассы микроорганизмов
минеральном - 25%. Негативная фитотоксичность грибной микрофлоры более активно проявляется на минеральных фонах по плоскорезной обработке.
Определение микробного ток-
сикоза методом инициированного микробного сообщества позволило обнаружить в конкретных условиях агроэкосистемы негативные последствия антропогенных воздействий на почву. Микробный токсикоз проявился также на интенсивном и высокоинтенсивном минеральном фоне на уровне 27 и 34% соответственно (рис.2).
Агрофоны, где применяли органические удобрения, элиминируют развитие этого процесса. Значения микробной токсичности органоминеральных фонов не превышают 12%. Для анализа обширного комплекса данных привлекли корреляционный анализ. На основании его результатов были построены графики, отражающие основную цепь зависимостей между рассматриваемыми параметрами.
На вариантах, где значения фитотоксичности выше порогового уровня (интенсивный и высокоинтенсивный минеральный фон), выявлено, что оценка связи между населенностью почвы азотобактером и уровнем фитотоксичности определяется высокой степенью отрицательной связи
- г = - 0,94(рис. 3 А).
Тесная отрицательная связь наблюдается между фитотоксичностью и активностью каталазы (г = - 0,86 Б).
Анализ графиков рассеяния показывает, что при достижении значений токсичности почвы 24-28% происходит резкое снижение активности каталазы на высокоинтенсивном минеральном фоне по двум приемам основной обра-
ботки почвы. Такая же закономерность наблюдается по влиянию токсичности на распространение азотобактера.
Высокие отрицательные коэффициенты корреляции подтверждают, что уровень биологических показателей зависит от степени токсикологической нагрузки, которая складывается на агрофонах серой лесной почвы, в результате их высокой насыщенности минеральными удобрениями.
Между значениями общей биомассы микроорганизмов и фитотоксичностью почвы определилась низкая отрицательная сопряженность (рис. 4).
Поскольку определение биомассы микрофлоры проводили методом прямого микроскопирования (лю-минисцентная микроскопия), то совместно с активно функционирующей микрофлорой была определена основная масса микроорганизмов, находящихся в латентном (неактивном) состоянии. Почва- это огромный (до 90%) пул покоящихся микроорганизмов. Подавляющая часть микробной биомассы на протяжении очень дли-
тельных отрезков времени находится в состоянии глубокого анабиоза и слабо подвержена воздействию биологически активных веществ, продуцируемых ее активной группировкой.
Выявленные корреляционные зависимости - это отражение полифункциональности комплектующих агроценоз организмов и проявления аллелопати-ческих взаимодействий в почвенном агробиоценозе.
Таким образом, исследования свидетельствуют о довольно сложной системе биохимического взаимодействия номинантов агроценоза. Отмечено, что механизм токсического действия комплекса микромицетов почвы направлен не только на растительные проростки, но и на отдельные микробиологические сообщества. Выявлена сопряженность фитотоксичности почвы и показателей ее биологической активности. Показана тесная отрицательная корреляция между фитотоксичностью и ферментативной активностью каталазы и фитотоксичностью и численностью азотобактера.
Отмечено, что механизм токсического действия микробной микрофлоры больше всего проявляется при высокоинтенсивном использовании минеральных удобрений. Исчезновение токсического действия наблюдается на фонах совместного применения органических и минеральных удобрений. Полученные результаты могут найти применение при внедрении систем земледелия, для их экологической адаптации с учетом биологической составляющей комплекса серой лесной почвы.
Литература.
1. Гродзинский А.М. Аллелопа-тия растений и почвоутомление// Избранные труды.-Киев; 1991. -430с.
2. Звягинцев Д.Г. Анабиоз у микроорганизмов как регулятор скорости микробиологических процессов в почве/ Тезисы докладов 3 съезда почвоведов. Книга 2.- М.:,2000.- С. 19-20.
M.K.. Zinchenko, L.G. Stoyanova , O.V. Selitskaya. THE ECOLOGICAL ROLE OF ALLELOPATHY IN THE MANIFESTATION OF PHYTOTOXICITY BY AGROCENOSES OF GRAY FOREST SOIL
The studies show that the mechanism of toxic action of microbial flora is manifested most of all on high-intensity the background of the use of mineral fertilizers. The disappearance of toxic effects are observed on the background of joint application of organic and mineral fertilizers. It was noted that the mechanism of toxic action of the complex micromecetes of soil is not only aimed at vegetable seedlings, but also on individual microbiological community. Identified conjugacy of soil phytotoxity and indicators of its biological activity. It is shown a strong negative correlation between phytotoxity and enzymatic activity of catalase and phytotoxity and the number of nitricbacter, which is indicative of a fairly complex system of biochemical interaction аgrocenoses nominees.
Keywords: micromycetes, allelopathy, correlation interaction, nitricbacter, catalase activity.
№ 4 (62) 2012
8/ia5uMipckm ЗешеШецТз
