CC BY
17БИОЛОГИЧЕСКИЕ АСПЕКТЫ ПЛОДОРОДИЯ ПОЧВ
МИКРОБИОЛОГИЧЕСКАЯ АКТИВНОСТЬ ПОЧВЫ ПОД ЕСТЕСТВЕННЫМ ФИТОЦЕНОЗОМ
Н.Н. Пигарева, д.б.н., Э.О. Макушкин, к.б.н., ИОЭБ СО РАН
ioeb@bi.oL bscnet. т
Изучена биомасса основных групп микроорганизмов (грибы, актиномицеты и бактерии) в перегнойно-торфянисто-глееватой почве при пастбищном фитоценозе. Большая часть биомассы (до 90%) представлена мицелиями грибов, что обусловлено приспособленностью этих групп микроорганизмов к жесткому климату мерзлотных почв. Минеральные удобрения значительно увеличивали актуальную микробиологическую активность почвы.
Ключевые слова: мерзлотные почвы, пастбищный фитоценоз, микроорганизмы, минеральные удобрения.
Жесткие термические условия Забайкалья ограничивают биопродуктивность агро- и фитоценозов, подавляют многие синтетические процессы и обусловливают низкую микробиологическую активность, что определяет слабую минерализацию органического вещества [1, 8]. В экстремальных условиях Забайкалья естественные пастбища занимают до 60% всех сельскохозяйственных угодий и служат в летний период основным источником наиболее дешевых и полноценных кормов для животноводства.
Все мерзлотные почвы Забайкалья отличаются высоким содержанием гумуса (до 15%). Отношение углерода к азоту чаще 9 и может достигать 20, что указывает на замедленные темпы минерализации органического вещества в мерзлотных почвах [11]. Установлено, что как высокая, так и низкая био-генность почвы не способствует процессу гумификации [4, 5]. Внесение минеральных удобрений значительно влияет на интенсивность и направленность микробиологических процессов в почвах [12]. Цель настоящей работы - изучить влияние минеральных удобрений на биологическую активность мерзлотных почв.
Объекты и методика. Объект исследований - перегной-но-торфянисто-глееватая почва под пастбищным фитоценозом со сравнительно мощным гумусовым горизонтом (до 20 см и более). Содержание гумуса в 0-20 см слое - 5,7%. Гранулометрический состав - среднесуглинистый. Реакция почвенного раствора близка к нейтральной - 6,8. Почвенный поглощающий комплекс насыщен кальцием. Содержание подвижного фосфора и обменного калия среднее [9].
Видовой состав пастбищного фитоценоза немногочисле-нен, по возрастной структуре - многолетники, по экотипам преобладают ксерофиты. Растительный покров разреженный. Доминируют ксерофитные виды: мятлик степной (Роа э1ер-роэа) и осока стоповидная (Сагех ресИГогтэ). Фитоценоз -осоко-мятликовый.
Основные агрохимические показатели почв изучали общепринятыми методами [2], влажность почвы рассчитывали по [10], актуальную микробиологическую активность почвы определяли аппликационным методом, а численность и биомассу микроорганизмов - методом люминесцентной микроскопии [6].
Результаты и их обсуждение. Многолетняя мерзлота в исследуемых почвах оказывает охлаждающее влияние на весь почвенный профиль, поэтому биологически активная температура (>10°С) в поверхностном слое мерзлотных почв начинает отмечаться в конце мая - начале июня и проникает только до глубины 60-80 см [9]. Температура выше 10°С удерживается в верхней 0-20 см части профиля только 3-3,5 месяца. Максимальное прогревание мерзлотных почв наблюдается в середине июля (рис.1). После короткого периода наибольшего прогревания пахотный слой почвы начинает охлаждаться. Мерзлотные почвы протаивают и прогреваются весной и ле-
том медленнее, чем охлаждаются и замерзают в осенне-зимний период. По мнению [3], это является принципиальным отличием мерзлотных почв от немерзлотных. Следовательно, мерзлотные почвы характеризуются коротким периодом в них биологически активных температур.
Проведенные наблюдения позволили установить усреднённый режим влажности перегнойно-торфянисто-глееватой почвы (рис.1). В конце мая, благодаря осенне-зимнему накоплению влаги, влажность пахотного слоя перегнойно-торфянисто-глееватой почвы составляет 25-29%. В дальнейшем, вследствие испарения и незначительного количества выпадения осадков, влажность почвы уменьшается. Таяние сезонной льдистой мерзлоты дает дополнительный источник увлажнения в мерзлотных почвах, поэтому в первой половине лета, даже при низком атмосферном увлажнении, отмечается достаточная влажность почвы. Во второй половине лета, в связи с обильным выпадением осадков, содержание влаги в почве возрастает до среднедоступной категории (ВРК-НВ). Многолетними исследованиями [3] показано, что обеспеченность оптимального увлажнения мерзлотных почв Забайкалья в течение вегетационного периода составляет 80%. Таким образом, в мерзлотных почвах Забайкалья для растений больший дефицит составляют температурные условия почвы, чем ее влажность.
% от ОВ 35 т
°С
Т 16
-- 14 -- 12 -- 10
VI 1 VII
—X— влажность
-1 0
месяцы
Рис. 1. Динамика температуры и влажности 15 0-20 см слое; пере-гнойно-торфянисто-глеевйтой почвы (среднее за 2006-2007 гг.)
Несмотря на широкую адаптационную способность микроорганизмов к температурному режиму, оптимальные условия их развития находятся в температурном диапазоне 23-40°С [7]. Температурные условия мерзлотных почв сдерживают развитие в них микроорганизмов и биохимические процессы. Максимальное прогревание верхних (0-20 см) слоёв мерзлотных почв до 20-22°С, наблюдается непродолжительное время, а температура нижележащих слоёв вообще не поднимается выше 15°С.
Исследование биомасс отдельных групп микроорганизмов в 0-20 см слое перегнойно-торфянисто-глееватой почвы под пастбищным фитоценозом показало, что в общей биомассе микроорганизмов наибольший процент составляют мицелии грибов (до 90%), наиболее приспособленных к низким термическим условиям мерзлотных почв (табл.).
Внесение в почву минеральных удобрений приводит к улучшению условий жизнедеятельности микроорганизмов и, как следствие, увеличению численности и активизации жизнедеятельности всех групп микроорганизмов. Так, при внесении оптимальной дозы минеральных удобрений К120Р200 в пере-
30
-- 8
15
10 --
4
5 --
гнойно-торфянисто-глееватую почву за вегетационный период в 1,5 раза увеличивается общая биомасса микроорганизмов по сравнению с вариантом без применения удобрений. Удобрения оказывают положительное влияние на разные группы микроорганизмов: биомасса грибного мицелия увеличивается в варианте с внесением удобрений в 1,5 раза, а биомасса бактерий и актиномицетов возрастает в 1,6 раза по сравнению с контролем.
Биомасса активных групп микроорганизмов в 0-20 см слое пере-
Общая био- Мицелии грибов Мицелии акти-номицетов Бактерии
Вариант масса, г/г г/г сух. % от г/г сух. % от г/г суХ' % от
сух. почвы общего почвы общего почвы общего
почвы
Контроль 1,89 10-6 1,75' 10-6 92,5 14,3' 10-8 7,5 0,96' 10-< 0,02
N120P200 2,86' 10-6 2,63' 10-6 91,9 22,9' 10-8 8,0 1,53'10-< 0,01
пов минерализационных процессов в перегнойно-торфянисто-глееватой мерзлотной почве является малая биомасса микробного ценоза, его бедный видовой состав и короткий вегетационный период. Микробный ценоз формируется по мезо-фитному типу с доминирующим развитием грибной формы. Минеральные удобрения стимулируют рост биомассы микроорганизмов, повышают актуальную микробиологическую активность и продуктивность естественных фитоценозов.
В течение вегетационного периода 2006-2007 гг. была оценена актуальная микробиологическая активность перегнойно-торфянисто-глееватой мерзлотной почвы на целлюлозолитиче-ское и протеазное разложение. Так как целлюлозоразлагающие микроорганизмы в основном сосредоточены в поверхностном слое почв, то наблюдения проводили в слое 0-20 см. Разложение целлюлозы микроорганизмами, интенсивность и особенности этого процесса определяют специфику гумификации и минерализации органического вещества почвы. Если в почвах южной части Забайкалья разложение клетчатки за вегетационный период достигает 62%, то на мерзлотных почвах под естественным фитоценозом эта величина равна 21-25% (рис. 2). Степень разложения целлюлозы в контрольном варианте по критериям Д.Г. Звягинцева [6] - слабая, что указывает на низкую биогенную активность мерзлотных почв.
При внесении К12оР2оо, актуальная микробиологическая активность значительно увеличилась. Так, целлюлозоразлагаю-щая активность за 90 дней возросла с 21% в контроле до 27% в варианте с внесением удобрений, а протеазная активность за 30 дней, соответственно, увеличилась с 0,4% до 12%.
Внесение удобрений на перегнойно-торфянисто-глееватой мерзлотной почве положительно сказалось и на продуктивности пастбищного фитоценоза. При урожае в контроле 6,5 ц/га, урожайность сена при внесении удобрений составила 19,1 ц/га.
Таким образом, гидротермические условия мерзлотных почв Забайкалья предопределяют невысокую интенсивность микробиологических процессов. Причиной замедленных тем-
^ контроль Q-| N120P200
Рис. 2. Влияние удобрений на целлюлозоразлагающую (А) и протеолити-ческую (Б) активность в 0-20 см слое перегнойно-торфянисто-глееватой почвы под пастбищным фитоценозом (среднее за 2006-2007 гг.)
Литература
1. Абашеева Н.Е., Дугаров В.И., Чимитдоржиева Г.Д. Плодородие почв Прибайкалья. - Новосибирск: Наука, 1983. - 158 с. 2. Агрохимические методы исследования почв. - М.: Наука, 1975. - 656 с. 3. Дугаров В.И., Куликов А.И. Агрофизические свойства мерзлотных почв. - Новосибирск: Наука, 1990. - 251 с. 4. Клевенская И.Л., Наплекова Н.Н., Ганти-мурова Н.И. Микрофлора почв Западной Сибири. - Новосибирск: Нау-ка,1970. - 222 с. 5. Кононова М.М. Органическое вещество почвы. - М.: Наука, 1963.- 313 с. 6. Методы почвенной микробиологии и биохимии. // Под ред. Д.Г. Звягинцева. - М.: Изд-во МГУ, 1991. - 303 с. 7. Мишу-стин И.Н. Микроорганизмы и продуктивность растений. - М., 1972. -343 с. 8. Нимаева С.Ш. Микробиология криоаридных почв (на примере Забайкалья).- Новосибирск: Наука, 1992. - 176 с. 9. Пигарева Н.Н., Корсунов В.М. Агрохимия почв криолитозоны Забайкалья.- Улан-Удэ: Изд-во БНЦ СО РАН, 2004.- 204 с. 10. Роде А.А. Основы учения о почвенной влаге. - Л., 1969. - Т. 2. -287 с. 11. Семенова О.Ф. Почвы Ерав-нинского аймака БМАССР. - Улан-Удэ: Бурмонгиз, 1957. - Вып.3. -565 с. 12. Тихановский А.Н. Влияние органических и минеральных удобрений на численность и биомассу микроорганизмов в почвах крайнего Севера //Агрохимия. 2004, №6. С. 24-29.
%
Б
MICROBIOLOGICAL ACTIVITY OF SOIL UNDER NATURAL PHYTOCENOSIS N.N. Pigareva, E.O. Makushkin Institute of General and Experimental Biology, Siberian Division, Russian Academy of Sciences, ul. Sakhyanovoi 6, Ulan-Ude,
670047Russia, ioeb@biol.bscnet.ru
Biomass of the main groups of microorganisms (fungi, actinomycetes, and bacteria) in mucky-peaty-gleyic soil under pasture phytoceno-sis was studied. Most biomass (to 90%) consisted of fungal mycelia, which was due to the acclimation of these microbial groups to the severe climate of cryomorphic soils. Mineral fertilizers significantly increased the actual microbiological activity of soil. Key words: cryomorphic soils, pasture phytocenos, microorganisms, mineral fertilizers.
