CC BY
57
ЕСТЕСТВЕННО-АНТРОПОГЕННОЕ ПОЧВООБРАЗОВАНИЕ И МИКРОБИОЛОГИЧЕСКАЯ АКТИВНОСТЬ
В.Д. Муха, доктор сельскохозяйственных наук, профессор, заведующий кафедрой почвоведения, агрохимии и экономики природопользования Курская государственная сельскохозяйственная академия имени профессора И. И. Иванова
Участие микроорганизмов в процессах почвообразования и развития почвенного плодородия исключительно велико и разнообразно. Биогенность почвы, как отмечал Н.А. Красильников (1958). является критерием уровня ее плодородия. Особое значение приобретает этот показатель при вовлечении почвы в сельскохозяйственное производство. Однако данный вопрос изучен недостаточно. Мало данных, позволяющих достоверно сравнивать микробиологическую активность и динамику биохимических процессов в различных типах целинных и пахотных почв. Это связано с тем, что образцы для учета микроорганизмов в различных почвах отбираются при неодинаковых условиях прогрева и увлажнения почвы, часто даже в разные сроки. В результате получаются труд-носопоставлясмыс данные, отражающие не только генетические особенности и степень окультуренности исследуемых почв, но в не меньшей степени условия увлажнения и температуру почвы на момент отбора образца.
Колебания численности микроорганизмов для каждого типа почв настолько велики, что практически не дают возможности сравнивать между собой по микробиологической активности почвы различных типов и степени окульту-рснности, так как одинаковые величины (в пределах от 1.5-2 до 46 млн. микроорганизмов на 1 г абсолютно сухой почвы) можно получить и для дерново-подзолистых, и для серых лесных, и для черноземных почв (Е.Н. Мишустин, В.А. Мирзоева. Е.Н. Громыко, 1966: Е.Н. Мишустин, 1972 и др.). Следует заметить, что в общем по результатам анализов можно выделить почвы, содержащие большее и меньшее количество микроорганизмов, но, чтобы сравнить различные почвы по их биогенности, необходимо иметь средние данные большого числа исследований.
Поэтому для получения сопоставляемых данных при проведении микробиологических анализов различных типов почв нами были отобраны почвенные образцы в середине лета в оптимальных условиях прогрева и увлажнения почв.
Было проведено сравнительное параллельное изучение микробиологической активности дерново-подзолистой, серой лесной, чернозёма типичного. каштановой и ферраллитной почв, развивающихся под естественной и культурной растительностью (В.Д. Муха. 1979. 1988. 2004).
Результаты исследований (табл. 1) показали, что наибольшей микробиологической активностью отличаются ферраллитные почвы и чернозем типичный, наименьшей - дерновосреднеподзолистая суглинистая почва; темнокаштановая елабосолонцсватая и светло-серая лесная почвы занимают промежуточное положение. Особо выделяется дерново-срсднеподзолистая глссватая супесчаная почва, микробиологическая активность которой весьма высока. Общей закономерностью является довольно резкое увеличение интенсивности микробиологических процессов в результате вовлечения почв в сельскохозяйственное производство, При этом наиболее интенсивно развиваются микроорганизмы, принимающие участие в минерализации органического вещества, в превращении азотосодсржащих органических и минеральных соединений.
Вовлечение почвы в культуру сельскохозяйственного производства приводит к усилению процессов минерализации, особенно в дерново-подзолистых почвах и черноземе, величина отношения количества микроорганизмов на МПА к количеству микроорганизмов на КАА (МПА : КАА) существенно уменьшается.
Окультуривание, напротив, вызывает относительное снижение интенсивности процессов минерализации при продолжающей возрастать общей биологической активности. В результате отношение МПА : КАА расширяется, а общая численность микроорганизмов по сравнению с обычно используемой почвой возрастает. Например, величина отношения МПА : КАА в НЕ горизонте для дерново-среднеподзолистой суглинистой почвы под лесом составила 0.64 при общей численности микроорганизмов на МПА и КАА 2,0 млн. на 1 г почвы, при распашке и обычном сельскохозяйственном использовании эта величина сужалась до 0,29 при возросшей
общей численности микроорганизмов (2.3 млн. на 1 г почвы), а под воздействием окультуривания вновь расширялась до 0.67 при резко возросшей общей численности микроорганизмов (4,4 млн. на 1 г почвы). Наиболее резко увеличиваются общая численность микроорганизмов на МПА и КАА и величина отношения МПА : КАА в пахотном горизонте супесчаной дерно-во-среднеподзолистой глееватой почвы при ее окультуривании, что. по-видимому, связано с
особенностями гидротермического и воздушного режимов.
Таким образом, окультуривание приводит к более интенсивному развитию процессов превращения органического вещества почвы при относительном уменьшении его минерализации, то есть при окультуривании уменьшаются относительные потери органического вещества, увеличиваются емкость и скорость биологического круговорота всщсства.
1. Влияние сельскохозяйственного использования на микробиологическую активность пахотного и соответствующего ему слоя целинных почв (млн микроорганизмов на 1 г абсолютно сухой почвы)
Угодья Усваивающие азот МПА: КАА Антино- мицеты Тыс, на г почвы Олиго-нитро-фил ы
на МПА на КАА грибы нитрифи- каты
Дсрново-с эеднеподзолистая суглинистая почва
Лес 0.80 1.24 0.64 0.09 84 1.32 3.32
Пашня 0.50 1.76 0.29 0.15 39 1.85 9.57
Пашня окульту- ренная 1,74 2.61 0,67 0,27 22 2.25 16.69
Дерново-среднеподзолистая глееватая супесчаная почва
Лее 2.60 7.60 0,34 1.50 13 2,12 22.04
Пашня 4.40 15.00 0,29 1.60 11 1.75 24.20
Пашня оку л ь-туренная 22.60 30,10 0.75 3,30 3 2.83 46,20
Светло-серая лесная почва
Лес 1.92 9,31 021 0,32 67 1.15 18,09
Пашня 2,04 17,26 0,12 0.55 42 1.75 10.01
Пашня окульту- ренная 2.91 20,12 0Л4 0.59 30 1,90 20,45
Чернозем типичный
Залежь (более 50 лет) 7.05 21,14 0,33 8,22 И 2.23 17.45
Пашня 7.32 37,94 0.19 9.11 5 2,73 16,19
Пашня окуль- туренная 8.09 40.02 0.20 11.54 5 2,96 19,07
Темно-каштановая слабосолонцеватая почва
Целина 6.75 12.95 0.52 2.38 11 1,72 7.93
Пашня 7.06 14,17 0.50 3.47 6 128 5.28
Пашня окуль- туренная 0.54 17,24 0,55 4.92 5 1.58 7,65
Красно-желтая ферраллитная типичная почва
Лес 14.44 32,96 0,44 2.54 27 1.78 17.91
Пашня 25.12 96.86 0,26 4.37 12 2.48 13.03
Перелог 25.05 55,40 0,45 4.20 15 2,01 16.22
Учитывая решающее значение микроорганизмов в процессах трансформации органического всщсства почвы и необходимость установления стабильных показателей (параметров) микробиологической активности почв различных типов почвообразования и степени окуль-туренности, нами был разработан способ определения параметров микробиологической активности почв и интенсивности микробиологической трансформации азотсодержащих органических соединений.
Способ основан на определении общего количества микроорганизмов на МПА и КАА в инактивированной и максимально биохимически активной почве. Определение проводится следующим образом. Образец исследуемой почвы высушивается в тени при температуре 18-23°С для приведения почвы в инактивированное состояние: затем часть образца помещают в термостат и выдерживают при оптимальных для протекания биохимических процессов условиях температуры (27-32°С) и влажности (60% от полной влагосмкости) в течение 12-15 сут. то есть инкубируют; после этого проводят поссв и выращивание микроорганизмов на указанных питательных средах (МПА и КАА) из инкубированного (часть образца. выдержанного в оптимальных условиях) и из инактивированного (часть образца, высушенного при температуре 18-23°С) образцов. Поссв из инкубированного образца проводят на 12. 13. 14 и 15-е сутки инкубации для учета периодичности (Я.П. Худяков, 1972) в жизнедеятельности микроорганизмов. Подсчет количества микроорганизмов на питательных средах производят согласно общепринятым методикам (З.Г. Разумовская, Г.Я. Чижик, Б.В. Громов, 1960; Г. Л. Сел ибер, 1962). Полученные данные позволяют установить:
1) способность каждой почвы к максимально высокой биологической активности в оптимальных условиях (численность микроорганизмов в инкубированном образце);
2) способность каждой почвы к сохранению основных групп микроорганизмов в неблагоприятных условиях (численность микроорганизмов в инактивированном образце).
Эти два показателя дают возможность определить границы микробиологической активности, которые зависят от типа почвы и степени ее окультуренности. а также рассчитать интенсивность микробиологической трансформа-
ции азотосодержащих органических соединений.
Предложенный нами способ был использован для определения параметров микробиологической активности верхних горизонтов дер-ново-среднсподзолистых, чернозема и темно-каштановой почв. Результаты исследований приведены в таблице 2.
Численность микроорганизмов на МПА и КАА в инактивированных образцах характеризует способность каждой почвы к сохранению основных групп почвенных микроорганизмов, то есть микробиологическую устойчивость почв. Согласно полученным данным наибольшей микробиологической устойчивостью обладает чернозем. наименьшей - дерново-срсднеподзолистая почва. Микроорганизмы, участвующие в разложении органического вещества почвы (на МПА), отличаются меньшей устойчивостью к неблагоприятным условиям, чем микроорганизмы, ассимилирующие минеральные формы азота (на КАА). Окультуривание почв приводит к резкому увеличению устойчивости микроорганизмов на МПА и менее существенному на КАА. наибольшая устойчивость микроорганизмов на МПА. свойственная окультуренным вариантам, а на КАА - целинным. Следовательно, микробиологическая устойчивость четко отражает зональный тип почвы и степень окультуренности.
Численность микроорганизмов на МПА и КАА в инкубированных образцах характеризует возможную максимально высокую микробиологическую активность каждой из исследуемых почв. Как видно по результатам исследований, наибольшей максимально возможной микробиологической активностью отличается чернозем типичный, примерно одинаковыми параметрами максимальной микробиологической активности обладают дерново-средне подзол и стая и темно-каштановая почвы.
Тип почвы и степень окультуренности отражаются недостаточно четко, то есть в данном случае, как и в природных условиях, при благоприятных температуре и влажности различия между почвами по интенсивности микробиологических процессов сглаживаются.
Наличие двух стабильных показателей микробиологической активности почв (общее количество микроорганизмов на МПА и КАА в инактивированном образце и в образце, максимально биологически активном) позволяет рас-
2. Параметры микробиологической активности чернозема типичного, дерново-среднсподзолистой глссватой супесчаной и темно-каштановой слабосолонцсватой почвы
Угодье Микроорганизмы на МПА Микроорганизмы на КАА
Инактиви- рованный образец Максимально активный образец Степень устойчивости, % Инакти- вированный образец Максимально активный образец Степень устойчивости. %
млн. на га почвы млн.на 1 г почвы
Дсрново-срсднсподзолистая глссватая ступенчатая почва
Лес 0.057 58.88 0,09 0.118 33.68 0.35
Пашня 0.044 30.07 0.15 0.155 49.37 0.31
Пашня окульту- ренная 0,200 28.93 0.69 0.301 61.36 0.48
Чернозем типичный
Залежь (более 50 лет) 0,405 95,48 0,42 1.238 158.76 0,78
Пашня 0.704 191.56 0,37 0.841 233.92 0,36
Пашня окульту- ренная 1.380 186.42 0,74 1.183 213.20 0.55
Темно-каштановая слабосолонцсватая почва
Целина 0.310 24.25 1,28 0,582 73.02 0,80
Пашня 0.420 39.52 1.06 0.349 64.09 0.61
Пашня окульту- ренная 0,750 30,68 2,44 0.440 58,11 0.76
считать степень микробиологический устойчивости почв, которая отражает тип и уровень окультурснности почвы.
Степень микробиологической устойчивости почвы (СМУ) в % рассчитывается отдельно для каждой группы микроорганизмов (на МПА и КАА) следующим образом:
М]1кроГ)Ио.1()111Чсск:п1 лсюпчшюсп,
(МУ= ‘ .100
Максимальная микробиологическая активность
Согласно результатам исследований (табл.
2) самая высокая степень микробиологической устойчивости свойственна темно-каштановой слабосолонцеватой почве, самая низкая - дерно-во-срсднсподзолистой. При окультуривании степень микробиологической устойчивости существенно возрастает; при распашке и обычном сельскохозяйственном использовании почв - снижается.
Полученные данные, как мы уже отмечали, дают возможность определить параметры главнейших микробиологических характеристик: 1) способность почвы к сохранению жизнеспособной микрофлоры, что тесно связано с гене-
тическим типом почвы и степенью окультурснности и 2) способность почвы к максимально высокой микробиологической активности, что отражает специфику микробиологических процессов в каждой данной почве, обусловленную климатическими особенностями и характером сельскохозяйственного использования.
Таким образом, окультуривание почв приводит к существенным качественным изменениям их микробиологических характеристик, выражающимся в повышении степени устойчивости (жизнеспособности) основных групп почвенных микроорганизмов и в резком усилении процессов микробиологической трансформации азотосодсржащих органических соединений. что указывает на необходимость систематического пополнения используемых почв свежим органическим веществом.
Литература
1. Красильников Н.А. Микроорганизмы почвы и высшие растения. - М.: Изд-во АН СССР. 1958.-463 с.
2. Мишустин Е.Н. Микроорганизмы и продуктивность 'земледелия. - М.: Изд-во АН СССР, 1972.-С. 5-22.
3. Мишустин Е.Н.. Мирзосва В.А., Громыко Е.Н. Микрофлора черноземных почв // Микрофлора почв северной и средней части СССР. - М: Наука. 1966. - С. 223-224.
4. Муха В.Д. Общие закономерности и зональные особенности изменения почв главных генетических типов под воздействием сельскохозяйственной культуры: Авторсф. дис... д-ра с.-х. наук. - Харьков, 1979. - 36 с.
5. Муха В.Д. Основные характеристики культурной эволюции почв // Естественная и антропогенная эволюция почв. - Пущи но. 19X8. -С. 100-107.
6. Муха В.Д. Естсствснно-антропогснная эволюция почв (общие закономерности и зональные особенности). - М.: КолосС, 2004. -271 с.
7. Разумовская З.Г., Чижик Г.Я.. Громов Б.В. Лабораторные занятия по почвенной микробиологии. - Л.: Изд-во ЛГУ. 1960. - 184 с.
8. С ел ибер Г. Л. (ред.) Большой практикум по микробиологии. - М.: Высшая школа. 1962. -491 с.
9. Худяков Я.П. Периодичность микробиологических процессов у микроорганизмов // Вопросы численности биомассы и продуктивности почвенных микроорганизмов. - Л.: Наука, 1972.-С.20-34.
