CC BY
90
УДК 631.411.42:631.454. 44
КОЛИЧЕСТВЕННАЯ ОЦЕНКА МИКРОБНОГО СООБЩЕСТВА, ТРАНСФОРМИРУЮЩЕГО СОЕДИНЕНИЯ АЗОТА, В АГРОЦЕНОЗАХ СЕРОЙ ЛЕСНОЙ ПОЧВЫ
М.К. ЗИНЧЕНКО, кандидат биологических наук, зав. лабораторией
Л.Г. СТОЯНОВА, старший научный сотрудник И.М. ЩУКИН, аспирант Владимирский НИИСХ Россельхозакадемии E-mail: [email protected]
Резюме. Исследования проводили с целью определения количественных изменений в структуре основных физиологических групп почвенных микроорганизмов, преобразующих почвенный азот в агроэкосистемах, при различном уровне агротехнического воздействия. Схема эксперимента включала многолетнюю залежь, более 20 лет не используемую как пашню (контроль), и 6 вариантов с различным уровнем применения удобрений на фоне отвальной вспашки (20...22 см) и плоскорезной обработки (10.12 см). За ротацию севооборота на нулевом фоне вносили 40 т/га навоза; на интенсивном - N100 P80 K160+40 т/га навоз; на интенсивном минеральном - N350 P220 K3g0; на высокоинтенсивном минеральном - N480 P280 K575; на интенсивном органоминеральном - N310 P150 K310 + навоз (577! т/га; на высокоинтенсивном органоминерально/м - l'N430PtfS0K3fS0 + 80 т/га навоза. Наибольшее положительное влияние на размножение протеолитической и амилолитической микрофлоры оказало применение минерального удобрения в дозе (NPK)60 и навоза (60, 80 т/га). Достоверное снижение численности микробного пула, участвующего в трансформации соединений азота в серой лесной почве (суммы аминогетеротрофов и аминоавтотрофов) наблюдалось на высокоинтенсивном минеральном фоне по обоим приемам основной обработки почвы. Для микробного ценоза агроэкосистем характерна средняя интенсивность мобилизационных процессов в почве (средние за сезон коэффициенты минерализации органического вещества 1,1. ..1,7). В июле она возрастала на фоне интенсивного применения минеральных удобрений вне зависимости от приема основной обработки (К = 2,3; 3,1) и на нулевом фоне по отвальной вспашке (К
' мин. J ~ ' мин.
=3,1). Наименьшая интенсивность процессов минерализации соединений азота наблюдалась на залежи - Кмн = 0,43. В целом агротехническое воздействие различного уровня интенсификации привело к увеличению численности агрономически ценных физиологических групп микроорганизмов в составе микробного ценоза серой лесной почвы, по сравнению с почвой залежи. Ключевые слова: серая лесная почва, протеолитическая и ами-лолитическая микрофлора, степень агротехнической нагрузки, коэффициент минерализации, трансформация органического вещества, минеральные удобрения.
Для усиления экологической направленности использования земель необходимо расширение исследований, в которых главное внимание отводится жизнедеятельности почвенного микробоценоза. Роль микроорганизмов в формировании почв и повышении их плодородия необычайно сложна и многообразна.
Активизация биологических процессов под действием различных систем севооборотов, удобрения и обработки почвы приводит к интенсификации мобилизационных процессов и повышению эффективного плодородия почвы. Между тем, в отработанных технологиях выращивания сельскохозяйственных культур, наряду с
другими агроприемами, часто практикуется внесение высоких доз минеральныхудобрений, применение которых может приводить к дисбалансу биологических процессов, протекающих в почве.
Сельскохозяйственное использование серой лесной почвы зоны Ополья меняет ее свойства, в том числе снижает величину биомассы микроорганизмов и уровень биологической активности [1.. .4]. Характер и направленность этих изменений до сих пор слабо изучены. Не вызывает сомнения тот факт, что дегумификация серой лесной почвы тесно связана с нарушением микробиологических процессов трансформации углерод- и азотсодержащих соединений почвы, нетипичной динамикой численности основных физиологических групп микроорганизмов [5].
Особую роль играют микроорганизмы, участвующие в трансформации соединений азота в почве. Цель наших исследований - определить количественный состав микрофлоры, трансформирующей азот почвы, в агроландшафтах с различным уровнем агротехнической нагрузки. В задачу исследований входило: установить количественные изменения в структуре основных физиологических групп почвенных микроорганизмов, преобразующих почвенный азот; определить степень направленности биохимических процессов трансформации азота в агроэкосистемах с различным уровнем агротехнического воздействия.
Условия, материалы и методы. Исследования проводили в течение третьей ротации шестипольного севооборота в стационарном полевом опыте Владимирского НИИСХ (г. Суздаль) в 2011-2012 гг. Образцы серой лесной среднесуглинистой почвы отбирали в мае, июле и сентябре из слоя 0.20 см.
Схема эксперимента включала 6 уровней применения удобрений (табл. 1). В качестве контроля была выбрана многолетняя залежь, более 20 лет не используемая как пашня.
Исследования проводили на фоне двух приемов основной обработки почвы - отвальная вспашка на 20.22 см и плоскорезная обработка на 10.12 см.
Количественный учет микроорганизмов выполняли в свежих почвенных образцах методом посева на стандартные питательные среды [6].
Агрометеорологические условия периода исследований были типичными для зоны по температурному
Таблица 1. Схема опыта
Период Уровень интенсификации
нулевой интен- сивный интенсивный минеральный высоко-интенсивный минеральный интенсивный органомине-ральный высокоин- тенсивный органоми- неральный
За р0тацию нав°3( (Н) N1P0 P80 K160N350 P220 K390 N480 P280 K575N3m P150 K310 N430, P160 K36C
6-польного 40 т/га + Н 40 т/га + Н 60 т/га + Н 80 т/га
севооборота 2011 г. -
30 N30 (пеРеД N30 (пеРеД N60 P60 K60
посевом
клевер клевер 2-го посевом 2-го года года озимой
N P K
90 90 90
2012 г.
ячмень
яровая яровая пше-озимой пшеница ница
пшеницы) пшеницы)
N Р К N Р К N Р К N Р К N Р К
П60 Г60 ГЧ60 90 90 90 120 120 120 ^30 Г30 ГЧ30 П45 Г45 ГЧ45
яровая озимая озимая вика-овес вика-овес
пшеница пшеница пшеница после уко- после укоса
са навоз навоз
________________________________________60 т/га______80 т/га
Таблица 2. Численность микроорганизмов, трансформирующих азот по чвы, среднее за сезон
Вариант Численность микроорганизмов, тыс. КОЕ/г почвы
отвальная вспашка плоскорезная обработка
протеоли- тические амилоли- тические сумма протеоли- тические амилоли- тические сумма
Залежь 2684 1144 3828
Нулевой 3394 4799 8193 4603 5612 10215
Интенсивный 5209 5514 10723 5469 6788 12257
Интенсивный мине-
ральный 3919 5187 9106 3076 5166 8242
Высокоинтенсив-
ный минеральный 3284 4638 7922 3085 4252 7337
Интенсивный орга-
номинеральный 4670 6262 10932 6048 7555 13603
Высокоинтенсив-
ный органомине-
ральный 4601 6132 10733 4424 5702 10126
НСР 05 1070 1150 — 1002 1080 —
режиму и количеству осадков. Недостаточное увлажнение пахотного слоя (Ш= 15.17 %) отмечалось в июле, что повлияло на метаболическую активность микробного пула серой лесной почвы, снизив численность основных физиологических групп микроорганизмов.
Результаты и обсуждение. Применение полного минерального удобрения в интенсивном варианте в дозе (ЫРК)60 способствовало увеличению численности аммонифицирующих микроорганизмов, по сравнению с нулевым, по отвальной вспашке в 1,5 раза, а по плоскорезной обработке в 1,2 раза. Вместе с тем внесение минеральных удобрений в дозе (ЫРК)90 и (ЫРК)120 не приводило к росту протеолитической микрофлоры по обоим приемам основной обработки (табл.2).
Достоверное увеличение численности аминогете-ротрофов отмечено на фоне совместного применения органических и минеральных удобрений (интенсивный и высокоинтенсивный минеральный фоны). После внесения навоза в дозе 60 и 80 т/га она выросла до 9.11 млн КОЕ/г почвы в сентябре. Закономерным нужно считать рост протеолитического бактериального комплекса на всех фонах интенсификации в начале осени. Этому способствовала благоприятная влажность почвы (Ш = 22.24 %) и поступление свежего органического вещества в виде корневых и пожнивных остатков после зяби. Количество протеолитической микрофлоры возросло, по сравнению с июлем, в среднем в 2,5-3,5 раза. Такую закономерность, на наш взгляд, вряд ли следует считать положительной. Рост группировки аммонификаторов к осени, когда растительность в основном отсутствует, может привести к обострению экологической ситуации в почве.
Определяющее воздействие на размножение бактерий, трансформирующих органический азот, оказала влажность почвы, коррелирующая по срокам наблюдений (г= 0,86) с активностью их развития в почве.
Установлено, что численность микроорганизмов, использующих минеральный азот в 1,2-1,5 раза превышает количество бактерий, трансформирующих его органические формы (табл. 2), что служит показателем интенсификации мобилизационных процессов в почве.
Закономерности действия применяемых систем удобрения на энергию развития аминоавтотрофов в почве в целом аналогичны аминогетеротрофам. Наибольшая численность микроорганизмов, усваивающих минеральные формы азота, отмечена в вариантах с применением органических удобрений. Так, при внесении 60 т/га навоза после укоса викоовсяной смеси на интенсивном органоминеральном фоне численность
аминоавтотрофов по отвальной вспашке увеличилась до 11 млн клеток/г почвы, а по плоскорезной обработке - до 14 млн клеток/г почвы. Рост микрофлоры, иммобилизующей азот, под действием навоза свидетельствует о благоприятной перестройке микробоценоза серой лесной почвы. Почвы богатые такими микроорганизмами пополняются органическим азотом, ассимилированным в микробную плазму, что способствует увеличению общих ресурсов этого элемента. Результатом длительной агрогенной нагрузки на высокоинтенсивном минеральном фоне стало достоверное снижение численности микробного пула, участвующего в трансформации соединений азота в серой лесной почве (суммы амино-гетеротрофов и аминоавтотрофов) вне зависимости от приема основной обработки почвы (см. рисунок). В этом же варианте отмечено низкое содержание нитратного азота в течение периода исследований.
Рисунок. Численность бактериального комплекса, трансформирующего азотные соединения почвы: 1 - нулевой; 2 - интенсивный; 3 - интенсивный минеральный; 4 - высокоинтенсивный минеральный; 5 - интенсивный органоминеральный; 6-высокоинтенсивный органоминеральный: ЩЩ -отвальная вспашка; КЗйД - плоскорезная обработка.
Вместе с тем, экспериментально доказано, что численность амилолитической и протолитической микрофлоры на залежи серой лесной почвы в 2,5-3 раза ниже, чем на пашне, особенно по сравнению с вариантами применения (ЫРК)60 и органоминеральных систем удобрения.
Активность минерализационных процессов в почве характеризует коэффициент минерализации (Кмин), представляющий собой соотношение групп микроорганизмов, использующих минеральные формы азота, к численности групп, усваивающих его органические формы [7]. Наименьшая степень минерализации (Кмин в среднем 0,43) отмечена на участке залежи. Средние коэффициенты минерализации на пашне варьировали в пределах от 1,1 до 1,7 (табл. 3), что соответствует средней интенсивности мобилизационных процессов.
Увеличение коэффициентов минерализации наблюдалось в июле на интенсивном минеральном фоне по обоим приемам основной обработки - 2,3 и 3,1, что соответствует высокой и очень высокой степени ми-нерализационных процессов. Это свидетельствует о
Таблица 3. Коэффициенты минерализации агрофонов серой лесной почвы
Вариант Отвальная вспашка Плоскорезная обработка
май июль сентябрь среднее за сезон май июль сентябрь среднее за сезон
Залежь 0,40 0,39 0,48 0,43
Нулевой 1,20 3,09 0,83 1,41 1,32 1,96 0,83 1,22
Интенсивный 1,50 0,82 0,97 1,06 1 ,47 1,51 0,89 1,24
Интенсивный минеральный 1,30 2,27 0,98 1,32 2,36 3,07 0,90 1,68
Высокоинтенсивный минеральный 2,69 1,77 0,75 1,41 2,05 2,44 0,76 1,38
Интенсивный органоминеральный 1,14 1,93 1,28 1,34 1,55 0,90 1,27 1,25
Высокоинтенсивный
органоминеральный 1,36 1,60 1,22 1,33 1,59 1,04 1,32 1,29
тенденции усиления активности почвенной микрофлоры, и амилолитической микрофлоры оказало использо-
направленной на минерализацию соединений азота в вание полного минерального удобрения в одинарной
длительно и интенсивно используемой почве. дозе (NPK по 60 кг д.в./га) и навоза (60, 80 т/га). Внесена нулевом фоне по отвальной вспашке коэффициент ние минеральных удобрений в дозах (NPK)90 и (NPK)120
минерализации в среднем за сезон был равен 1,41, а в не вызвало увеличения численности микроорганизмов
июле составил 3,09 (против 1,22 и 1,96 соответственно в этих групп вне зависимости от приема основной об-
варианте с плоскорезной обработкой). Это указывает на работки. Достоверное уменьшение микробного пула,
активизацию деятельности микрофлоры, использующей участвующего в трансформации соединений азота,
минеральные формы азота, и, на наш взгляд, свидетель- в серой лесной почве (суммы аминогетеротрофов и
ствует о том, что в пашне без внесения удобрений созда- аминоавтотрофов) по обоим приемам основной об-
ются условия стресса для микробного пула почвы. работки почвы наблюдалось на высокоинтенсивном
Снижение минерализации почвенного азота отме- минеральном фоне.
чено в сентябре. В этих условиях активнее развиваются Для микробоценоза агросистем характерна сред-
микроорганизмы, использующие свежие органические няя интенсивность мобилизационных процессов в
остатки, поступающие в почву после уборки возделы- почве (коэффициенты минерализации органического
ваемых культур и зяблевой обработки вещества на пашне варьировали в пределах от 1,1 до
Выводы. Применение комплекса минеральных и 1,7). В июле на интенсивном минеральном фоне вне
органоминеральных удобрений на серой лесной почве зависимости от приема основной обработки почвы и
Владимирского Ополья привело к увеличению числен- на нулевом по отвальной вспашке она возрастает, что
ности агрономически ценных физиологических групп свидетельствует о тенденции увеличения активности
микроорганизмов в составе микробного ценоза, по почвенной микрофлоры, направленной на минерали-
сравнению с залежной почвой. Наибольшее положи- зацию соединений азота в длительно и интенсивно
тельное влияние на размножение протеолитической используемой почве.
Литература.
1. Захарова О.А., Кирейчева Л.В., Мажайский Ю.А. Микробоценоз почвы при разных уровнях антропогенного воздействия: монография. - Рязань, 2004. - 157 с.
2. Зинченко М.К. Экологическое состояние агроценозов серых лесных почв. // Агрохимический вестник. - 2009. - №4. -С. 15-19.
3. Полянская Л.М., Звягинцев Д.Г. Содержание и структура микробной биомассы как показатель экологического состояния почв//Почвоведение. - 2005. - №6. - С. 706-714.
4. Свешникова А.А., Полянская Л.М., Лукин С.М. Влияние окультуривания и мезорельефа на структуру микробной биомассы дерново-подзолистой и серой лесной почвы // Микробиология. - 2001а. - Т. 70. - №4. - С. 558-566.
5. Евсеев В.В. Микробиологическая активность целинных, старопахотных и окультуренных черноземов Курганской области // Сибирский вестник сельскохозяйственной науки. - 2007. - №3. - С.5-9.
6. Теппер Е.З., Шильникова В.К., Переверзева Г.И. Практикум по микробиологии. - М., 2004. - 238 с.
7. Звягинцев Д.Г. Биологическая активность почвы и шкалы для оценки некоторых её показателей // Почвоведение. -1978. - №6. - С. 104- 108.
QUANTITATIVE ASSESSMENT OF THE MICROBIAL COMMUNITY TRANSFORMING NITROGEN COMPOUNDS IN AGROCENOSES OF GRAY FOREST SOIL M.K. Zinchenko, L.G. Stoyanova, I.M. Shchukin
Summary. Into a research problem entered: to reveal quantitative changes in structure of the main physiological groups of the soil microorganisms transforming soil nitrogen; to define degree of an orientation of biochemical processes of transformation of nitrogen in agroecosystems with various level of agrotechnical influence. The scheme of experiment includes: the long-term deposit, more than 20 years not used as an arable land (control) and 6 levels of an intensification of application of the fertilizers located both on dump plowing (20-22nd), and on flat-sharp loosening (10-12th). For crop rotation rotation in an agroecosystem it was brought: on a zero background of 40 t/hectare manure; the intensive - N100 P80 K160 + 40 t/hectare manure; the intensive mineral - N350 P220 K390; the high-intensity mineral - N480 P280 k575; the intensive organomineral - N310 P150 K310 + manure of 60 t/hectare; the high-intensity organomineral - N430 P160 K360 + 80 t/hectare of manure. The most effective for development agronomical valuable groups of microorganisms is application of mineral fertilizer in a dose of NPK of-60 kg п.о./hectare and manure (60, 80 t/hectare) which have positive impact on reproduction of proteolytic and amilolitic microflora. Reliable decrease in number of the microbic pool participating in transformation of compounds of nitrogen in the gray forest soil (the sums aminogeterotroph and аminoavtotroph) is observed on a high-intensity mineral background on two receptions of the main processing of the soil. For microbic cenoze agroecosystems average intensity of mobilization processes in the soil is characteristic. Averages during the season coefficients of a mineralization of organic substance on an arable land are noted within 1,1-1,7. Intensity of mineralization processes increased in July against intensive application of mineral fertilizers (Kmin. = 2,3; 3,1) and a zero background on dump plowing (to Kmin. =3,1). The smallest intensity of processes of a mineralization of compounds of nitrogen is observed in the gray forest soil of a deposit - Kmin. = 0,43. As a whole agrotechnical influence of various level of an intensification led to increase in number agronomical valuable physiological groups of microorganisms as a part of microbic cenoze the gray forest soil, in comparison with the deposit soil.
Keywords: gray forest soil, proteolytic and amilolitic microflora, degree of agrotechnical loading, mineralization coefficient, transformation of organic substance, mineral fertilizers.
