CC BY
31
УДК 633.3:576.8.095.1
МИКРОФЛОРА РИЗОСФЕРЫ МНОГОЛЕТНИХ КОРМОВЫХ ТРАВ
© 2008 г. А.Я. Тамахина
Кабардино-Балкарская государственная сельскохозяйственная академия, 360004, КБР, г. Нальчик, ул. Толстого, 185, [email protected]
Kabardino-Balkar State Agriculture Academy, 360004, KBR, Nalchik, L Tolstoy St., 185, [email protected]
Представлены результаты исследований факторов формирования микробного ценоза ризосферы (вид возделываемой культуры, качество и количество опада, влажность и плотность почвы). Увеличение массы опада в смешанном агроценозе и изменение его качественного состава в сторону возрастания содержания белка и углеводов способствуют возрастанию численности микрофлоры, оптимизации процессов синтеза и распада органических веществ почвы. Создание смешанных агроценозов многолетних трав с участием Galega orientalis Lam. способствует повышению экологической емкости и самоорганизации агробиоценозов.
Ключевые слова: микробный ценоз ризосферы, смешанный агроценоз.
The important factors of the formation of the microbial cenosis of rhizosphere are the form of the cultivated culture, quality and quantity ofplant remainders, humidity and the density of soil. An increase of the mass ofplant remainders in mixed agrocenosis and a change of its qualitative composition to the side of the growth of the content ofprotein and carbohydrates contribute to the growth of the number of microflora, optimization of the processes of synthesis and disintegration of organic matter of soil, to an increase in its fertility. The creation of mixed agrocenoses ofperennial grasses with the participation of Galega orientalis Lam. is the important method of an increase in the ecological capacitance and self-organizing of agrobiocenoses.
Keywords: microbial cenosis of rhizosphere, mixed agrocenosis.
В корнеобитаемом слое почвы активность микро-биоты обусловлена многими факторами (физико-химическими свойствами почвы, уровнем грунтовых вод, влажностью, засоленностью, токсичностью и др.), среди которых немаловажную роль играет вид возделываемых культур. Растения оказывают влияние на биогенность и общую биологическую активность пахотного слоя, накопление биомассы микроорганизмов и включение её в структуру органического вещества [1-5]. Особый интерес представляет исследование микробных ценозов под бобовыми культурами, которым свойственна симбиотическая азотфиксация за счет клубеньковых бактерий. В корневых выделениях бобовых преобладают нейтральные аминокислоты (С^ - 10-20:1), микробиологические процессы направлены в сторону сохранения и накопления азота, что способствует повышению плодородия почвы [6]. В ризосфере козлятника восточного (КВ) установлена высокая численность нитрифицирующих бактерий, свободноживущих азотфиксаторов, актиномицетов, что является следствием повышенного содержания в растениях белка и углеводов [7].
В задачи нашей работы входило исследование качественного и количественного состава микробных цено-
зов ризосферы одновидовых посевов многолетних кормовых трав и смешанного агроценоза на типичных почвах горной зоны центральной части Северного Кавказа.
Материал и методы исследований
Изучение микробных ценозов в почве под монокультурами КВ (Galega orientalis Lam), крапивы двудомной (КД) (Urtica dioica L.), девясила высокого (ДВ) (Inula helenium L.), окопника шершавого (ОШ) (Symphytum asperum Lepech.) и смешанным агроцено-зом этих трав проводили методом стекол обрастания по Холодному [8]. Закладку стекол в корнеобитаемый слой (12-15 см) серой лесной и аллювиальной луговой почвы произвели в конце июля со сроком экспозиции 2 мес. Стекла после фиксации и промывки окрашивали карболовым фуксином Циля [9]. Препараты микроско-пировали при увеличении 1800. На стеклах обрастания исследовали естественное расположение микроорганизмов, их группировки, форму. Заселенность почв микроорганизмами оценивали по 5-балльной шкале: 5 баллов - максимальная (по всей площади стекла); 4 -средняя; 3 - низкая; 2 - отдельные группировки; 1 -единичные экземпляры; 0 - микроорганизмы отсутствуют. Для каждой группы микроорганизмов оценивали плотность обрастания: 0 - практически отсутствуют; + -
единичные экземпляры; ++ - средняя; +++ - много; ++++ - очень много [10]. Для определения активности
целлюлозоразрушающих микроорганизмов стекла перед помещением в почву покрывали фильтровальной бумагой. По интенсивности развития целлюлозоразрушающих микроорганизмов судили о развитии в почве процесса нитрификации [11]. В смеси и монокультурах определяли количество опада в четырехкратной повторности. Количественный учет микроорганизмов проводили по числу колоний на плотных питательных средах. Общее количество бактерий и число спорооб-разующих форм учитывали в посеве на мясо-пептонном агаре (МПА); число актиномицетов и бактерий, использующих минеральные формы азота, - на крахмало-аммиачном агаре (КАА); количество грибов - на подкисленной среде Чапека [12]. Коэффициент
альной клетки определяли с помощью окулярного микрометра.
Результаты исследований
Серая лесная почва района исследования характеризуется средним содержанием гумуса (3,5 % по Тюрину), слабокислой рН, повышенным содержанием подвижного фосфора (80 мг/кг почвы по Чирикову) и обменного калия (100 мг/кг почвы по Чирикову), низкой гигроскопической влажностью 2,6-2,8 %. Объемная масса пахотного горизонта составляет 1,46 г/см3. Аллювиальная луговая почва является маломощной, малогумусной (2,5 % по Тюрину), характеризуется средним содержанием обменного фосфора (68 мг/кг почвы по Чирикову) и повышенным - обменного калия (90 мг/кг почвы по Чирикову), кислой рН, плотностью пахотного горизонта 1,11 г/см3, хорошей по-розностью, высокой гигроскопической влажностью -4,8 %.
В агроценозе КВ на обоих типах почв наблюдается максимальная заселенность и плотность микроорганизмов разных групп. В микрофлоре преобладают бактерии и актиномицеты. Среди бактерий высока встречаемость палочек различных форм (длинные, утолщенные короткие, образующие цепочку из двух и более клеток) длиной от 0,5 до 3,1 мкм, толщиной от 0,2 до 1,2 мкм. Встречаются бактерии кокковидной формы диаметром 0,4-1,0 мкм и более. Комплекс грибов на стеклах обрастания представлен мицелиальными формами и спорами, среди которых были идентифицированы представители класса сумчатых родов (в порядке снижения частоты встречаемости) Aspergillus, Tricho-derma, Penicillium, Fusarium. Большое количество грибного мицелия в ценозе свидетельствует об активном процессе разложения растительных остатков. В серой лесной почве содержание актиномицетов в микробном сообществе значительно выше, что связано с меньшей влажностью почвы и ксерофитностью актиномицетов. На стеклах обрастания встречаются сине-зеленые водоросли, простейшие (амебы, жгутиконосцы). Наличие на стеклах большого количества кокков и
грибов свидетельствует о высоком содержании органического вещества в почве. Плотность целлюлозоразрушающих бактерий высока, что свидетельствует об интенсивных процессах нитрификации и аммонификации в ризосфере козлятника.
В микробном ценозе ризосферы КД на обоих типах почв преобладают бактерии (в основном кокки, сарцины, стафилококки) и грибы. Комплекс грибов представлен мицелиальными формами и спорами представителей родов Rhizopus, Aspergillus, Penicillium. Большое количество грибного мицелия в ценозе свидетельствует об активном процессе разложения растительных остатков и превращении азота. На стеклах обрастания выявлены сферические, овальные клетки и ложный мицелий дрожжей.
В ризосфере ДВ на обоих типах почв преобладают шарообразные бактерии. Комплекс грибов представлен мицелиальными формами и спорами представителей родов Aspergillus, Penicillium, Mucor. Поверхность стекол обрастания покрыта редким мицелием актиномицетов. Группировка водорослей представлена сине-зелеными (Scenedesmus acuminatus) и диатомовыми водорослями (Pinnularia sp.). В микробном ценозе ОШ преобладают мицелиальные формы и споры грибов родов Rhizopus, Aspergillus, Penicillium, а также шарообразные бактерии. Доля палочек и актиномицетов в строении микробного сообщества незначительна. В ризосферных ценозах ДВ, ОШ и КД простейшие представлены единичными экземплярами.
Микрофлора корнеобитаемого слоя смешанного агроценоза характеризуется высокой степенью заселенности. На стеклах обрастания преобладают грибы, палочковидные и шарообразные формы бактерий. По всему стеклу располагаются гифы актиномицетов в виде редкого мицелия, встречаются микобактерии. Количество простейших значительно выше, чем в одновидовых посевах окопника, крапивы и девясила. Структура микробного сообщества ризосферы смешанного агроценоза, во многом напоминающая микробный ценоз КВ, свидетельствует о более высоком содержании органического вещества в почве смеси, чем в монокультурах. Среди целлюлозоразрушающих микроорганизмов на стеклах обрастания во всех вариантах преобладали палочковидные бактерии и грибы.
Преобладание в ризосфере КВ автотрофов (нит-рификаторы, аммонификаторы, актиномицеты, цел-люлозоразрушающие бактерии) свидетельствует о направленности микробиологического процесса в сторону сохранения и накопления азота в почве, активном превращении органических веществ, сопровождающимся образованием гумуса [14]. В ризосфер-ной микрофлоре крапивы, девясила и окопника микробиологический процесс направлен в сторону минерализации растительного опада, биомассы микроорганизмов, гумусовых веществ, приводящих к деградации почв и снижению её потенциального плодородия. В ризосфере смешанного агроценоза в одинаковой степени выражена зимогенная и автотрофная микрофлора, что свидетельствует о сбалансированности процессов синтеза и распада органических веществ почвы (табл. 1).
минерализации определяли как отношение количества бактерий, растущих на средах с минеральным КАА и органическим МПА азотом [3]. Виды грибов идентифицировали по определителю [13]. Размеры бактери-
По вариантам опыта масса опада составила: 0,53 кг/м2 - смешанный агроценоз; 0,44 кг/м2 - КВ; 0,59 кг/м2 -ДВ; 0,38 кг/м2 - ОШ; 0,08 кг/м2 - КД. Отсутствие тесной связи между структурой микробных ценозов и массой опада свидетельствует о более важной роли качества разлагающейся растительной массы (содержание белка и углеводов) в формировании микробиологического статуса ризосферы растений.
Микрофлора серой лесной (СЛ) и аллювиальной луговой почвы (АЛ) имеет общие черты. В её структуре преобладают бактерии (70-80 %), доля которых наиболее высока в монокультуре ОШ и КД. Удельный вес спорообразущих бактерий и актино-мицетов выше в ризосфере КВ и смешанного агроценоза, что свидетельствует о большей интенсивности процессов минерализации органического вещества. Доля грибов в составе микрофлоры незначительна - 1,3-2,1 % на СЛ; 1,8-3,7 % - на АЛ почве. В структуре микрофлоры серой лесной почвы удельный вес актиномицетов выше, а грибов - ниже, чем в АЛ, что обусловлено различием во влажности и плотности данных почв (табл. 2).
Для микрофлоры КВ и смешанного агроценоза характерны более высокие значения коэффициентов минерализации. В АЛ почве процессы трансформации органического вещества происходят интенсивнее, чем в СЛ. Общая численность ризосферной микрофлоры козлятника, девясила, окопника, крапивы и смеси на АЛ почве выше, чем на СЛ, на 9,6; 12,1; 25,4; 2; 7,8 % соответственно (табл. 3).
Таким образом, количественный и качественный состав микрофлоры и активность биологических процессов в зоне ризосферы тесно связаны с особенностями растений и физико-химическими особенностями почв. Важными факторами формирования микробного ценоза ризосферы являются вид возделываемой культуры, качество и количество опада, влажность и плотность почвы. Увеличение массы растительного опада в смешанном аг-роценозе наряду с изменением его качественного состава за счет включения бобовой культуры способствуют возрастанию численности микрофлоры, оптимизации процессов синтеза и распа-
Таблица 1
Компоненты микрофлоры ризосферы кормовых трав
Компоненты микрофлоры Заселен-
Бактерии Гри- Актино- Водо- Простей- ность,
Вариант Шаро- Палочки бы мицеты, росли шие баллы
образ- микобак-
ные 1 2 терии
КВ +++ +++ ++ + ++ + + 5
КД ++ + + ++ + 0 0 4
ДВ +++ + + ++ + + + 3
ОШ +++ + + + + 0 + 3
Смесь ++ ++ ++ ++ + + 0 4
Примечание. 1- спорообразующие бациллы (аммонификаторы, нитрификаторы); 2- целлюлозоразрушающие микроорганизмы.
Таблица 2
Структура ризосферной микрофлоры, % кормовых трав на СЛ и АЛ почвах
Вариант Спорообразующие бактерии Неспорообразу-ющие бактерии Актиномицеты Грибы
СЛ АЛ СЛ АЛ СЛ АЛ СЛ АЛ
КВ 27,8 24,5 41,8 45,7 29,1 28,0 1,3 1,8
ДВ 16,7 14,6 65,9 63,1 15,2 18,5 2,2 3,8
ОШ 14,3 15,2 67,7 61,6 16,5 20,9 1,5 2,3
КД 12,5 12,7 72,4 66,8 13,0 16,8 2,1 3,7
Смесь 20,3 22,7 52,5 51,0 25,1 23,3 2,1 3,0
Таблица 3
Количественный состав ризосферной микрофлоры монокультур и смеси кормовых трав на разных типах почв, КОЕ х 106/г абс. сухой почвы
Бактерии, Микроорганизмы, Общее Коэф-т
Почва, растущие на МПА растущие на КАА Грибы число минера-
вариант Общее Из них спо- Общее Из них микроор- лизации
число рообра-зующих число актино-мицетов ганизмов
СЛ
КВ 3,21 1,28* 40 5,87 1,34 25 0,06 4,61 1,8
ДВ 1,14 0,23 20 1,62 0,21 15 0,03 1,38 1,4
ОШ 1,09 0,19 18 1,56 0,22 18 0,02 1,33 1,4
КД 2,03 0,3 15 2,58 0,31 16 0,05 2,39 1,3
Смесь 3,16 0,88 28 5,21 1,09 21 0,09 4,34 1,6
АЛ
КВ 3,58 1,25 35 7,16 1,43 20 0,09 5,10 2,0
ДВ 1,22 0,23 19 2,26 0,29 13 0,06 1,57 1,8
ОШ 1,36 0,27 20 2,49 0,37 15 0,04 1,77 1,8
КД 1,94 0,31 16 2,96 0,41 14 0,09 2,44 1,5
Смесь 3,47 1,07 31 6,81 1,10 16 0,14 4,71 2,0
* - в числителе - численность микроорганизмов, в знаменателе данной группы, %.
- доля от общего числа
да органических веществ почвы и, в конечном счете, повышению её плодородия. Создание смешанных агро-ценозов многолетних трав с включением в их состав бобового компонента является важным приемом повышения экологической емкости и самоорганизации агро-биоценозов.
Литература
1. Красильников Н.А. Микроорганизмы почвы и высшие растения. М., 1958.
2. Скалон И.С., Пуревдорж Б. Микроорганизмы как важнейший компонент консорций южногобийских биоценозов // Бот. журн., 1971. Т. 56. № 12. С. 1836-1841.
3. Снытко В.А. и др. Изучение степных геосистем во времени. М., 1976.
4. Тейт Р. Органическое вещество почвы. М., 1991.
5. Умаров М.М. Ассоциативная азотфиксация в биогеоценозах // Почвенные микроорганизмы как компоненты биогеоценоза. М., 1984. С. 185-199.
6. Свистова И.Д., Фролова Л.О., Щербаков А.П. Формирование комплекса микроорганизмов чернозема выщелоченного в зависимости от типа агрофитоценоза // Сельскохозяйственная биология. 2003. № 5. С. 55-62.
Поступила в редакцию
7. Шурхно Р.А. и др. Микробиологический статус микрофлоры ризосферы многолетних бобовых трав как критерий оценки и прогноза состояния почвы // С.-х. бюл. Сер. биол растений. 2004. № 3. С. 61-66.
8. Бабьева И.П., Агре Н.С. Практическое руководство по биологии почв. М., 1971.
9. Розанов Н.И. Справочник по микробиологической технике. М., 1957.
10. Носова Л.М., Раськова Н.В., Гельцер Ю.Г. Особенности биологической активности почв основных культур Подмосковья // Почвенные микроорганизмы как компоненты биогеоценоза. М., 1984. С. 171-185.
11. Теплякова З. Ф. Актиномицеты горных и подгорных почв Заилийского Алатау // Физиология и экология микроорганизмов. Тр. ин-та микробиологии и вирусологии АН КазССР. 1961. Т. 5. С. 129-138.
12. Методические указания по санитарно-микробиологи-ческому исследованию почвы № 1446-76. Утв. МЗ СССР 4.089-76.
13. Литвинов М.А. Определитель микроскопических почвенных грибов. М.Л., 1967.
14. Зенова Г.М. и др. Вертикально-ярусная стратификация олигоспоровых актиномицетов в разных типах биогеоценозов // Почвоведение. 2000. № 2. С. 231-234.
25 декабря 2007 г.
